CITOCINES: FUNCIONS, TIPUS I RECEPTORS - BIOLOGIA - 2025

Les citocines o citoquines són proteïnes senyalitzadores de mida petita (alguns autors es refereixen a aquestes com pèptids) que regulen gran quantitat de funcions biològiques, moltes d'elles relacionades amb el sistema immune, l'hematopoesi, la reparació de teixits i la proliferació cel·lular.

El terme "citocina" agrupa gran quantitat de proteïnes que tenen característiques estructurals i funcionals summament diferents, i significa, més o menys, "factors produïts per cèl·lules", ja que la seva síntesi no està restringida a un sol tipus de cèl·lula en el cos.

Procés d'alliberament de cioquinas (Font: www.scientificanimations.com / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)

Aquestes proteïnes són produïdes i secretades en altes concentracions per diferents tipus de cèl·lules en els animals i poden afectar a cèl·lules properes, de manera que es diu que exerceixen funcions de senyalització "paracrina".

També poden actuar a distància mitjançant la inducció de la secreció de factors solubles cap al torrent circulatori (funció endocrina o sistèmica) i fins i tot poden actuar directament sobre la cèl·lula que les sintetitza (funció autocrina).

Les citocines són contemplades com "símbols" d'un llenguatge especialitzat, el significat depèn de l'context en el qual siguin expressades i enviades d'un lloc a un altre.

Les primeres citocines descrites van ser les linfoquinas, uns productes solubles produïts pels limfòcits en resposta a antígens policlonals i específics; aquestes representen un grup important de factors de resposta immune.

Funcions de les citocines

Les citoquines són glicoproteïnes solubles (no són tipus immunoglobulines) de mida petita (fins a 40 kDa) que són produïdes i alliberades per diferents tipus de cèl·lules de el cos, poden tenir accions locals o remotes, les quals exerceixen en concentracions pic o nanomolares.

Comunicació en el sistema immune

La funció més notable de les citoquines és la seva participació en la comunicació entre els diferents components de sistema immune i l'intercanvi d'informació entre aquests components i les altres cèl·lules de el cos (senyalització intercel·lular).

En altres paraules, pràcticament totes les funcions immunes depenen de l'activitat biològica d'aquests "missatgers" sistèmics.

Les citocines exhibeixen un gran ventall de funcions immunològiques, tant efectores com reguladores, i els seus efectes a nivell de teixits i sistemes biològics, en la major part dels organismes on són produïdes, poden ser summament extensos i complexos.

Són efectors immunològics tan importants, que el tipus de citocina que es produeix durant la resposta immune enfront de qualsevol estímul determina inicialment si la resposta serà citotòxica, humoral, cel·lular o al·lèrgica.

Defensa contra virus

Estan profundament implicades en els processos inflamatoris i en la defensa contra infeccions d'origen viral; participen en la presentació d'antígens, en la diferenciació de la medul·la òssia, en l'activació i reclutament de cèl·lules, en l'expressió de molècules d'adhesió cel·lular, etc.

Així doncs, les citocines no només participen en la defensa immune de l'organisme, sinó també en processos "normals", fisiològics i metabòlics, amb el que aconsegueixen integrar ambdós aspectes de la vida cel·lular i orgànica.

Factors de creixement

Molts autors consideren que aquestes proteïnes es comporten com a factors de creixement, ja que representants com el factor de necrosi tumoral (TNF), les linfoquinas, les interleucines i els interferons (IFNs) es relacionen activament amb la proliferació, mort, diferenciació i desenvolupament cel·lular en diferents contextos corporals.

En aquest vídeo es mostra una animació en què un macròfag ingereixi bacteris i més tard allibera citocines:

¿Citocines i hormones?

Diversos científics fan una analogia entre les citoquines i les hormones, però aquesta no és de el tot correcta per algunes raons importants:

- Les hormones són sintetitzades i alliberades per teixits bastant especialitzats, mentre que les citoquines són produïdes per una gran quantitat de cèl·lules diferents de el cos.

- Les hormones són el producte sintètic primari de les cèl·lules especialitzades que les produeixen, mentre que les citocines representen només una petita quantitat dels productes sintetitzats per una cèl·lula.

- L'expressió de les hormones es dóna en resposta a senyals de control homeostàtic (algunes de les quals depenen de l'cicle circadià), però les citocines, en canvi, només s'expressen quan són estimulades específicament per esdeveniments "nocius" per a la vida cel·lular.

Tipus de citocines

Moltes citocines van ser descrites inicialment d'acord amb les seves principals funcions biològiques, però avui en dia són caracteritzades principalment per la seva estructura, ja que poden exercir gran diversitat de funcions que són difícils de resumir en un epítet curt.

No obstant això, la classificació actual d'aquestes proteïnes depèn de diversos paràmetres: algunes han estat identificades d'acord amb el "ordre numèric" del seu descobriment, d'acord amb alguna activitat funcional, d'acord amb la seva participació en les respostes inflamatòries, d'acord amb el seu origen cel·lular primari i d'acord la seva semblança estructural amb altres molècules relacionades.

Així, els membres d'una "superfamília" de citoquines comparteixen característiques com homologies de seqüència, sistemes de receptors recíprocs, etc., encara que no necessàriament semblança estructural. Es coneixen algunes famílies:

- La família TNF-Receptors TNF (de l'anglès Tumor Necrosis Factor), en la qual s'inclouen citocines inmunoreguladoras com el factor de necrosi tumoral (TNF), les linfotoxinas i alguns lligands cel·lulars com CD40L (mitjana l'activació dels limfòcits B i T) i FasL o CD95 (promou la mort cel·lular programada).

- La família IL-1 / Receptor IL-1 (de l'anglès Interleukin), grup on es classifiquen les citoquines IL-1β, IL-1α, IL-18, IL-33 i IL-36, així com els antagonistes de receptors, coneguts com IL-1RA, IL-38 i la citocina antiinflamatòria IL-37 (mitjana funcions fisiològiques i de defensa).

- Dins de la família IL-1 / Receptor IL-1 s'inclouen, a més, els receptors tipus Toll (TLRs, de l'anglès Toll-like Receptors), que actuen com a molècules de el sistema immune innat per al reconeixement de patrons moleculars associats amb espècies microbianes.

Certs textos de literatura científica relacionada agrupen les citoquines d'acord amb el seu lloc de producció a "citoquines derivades de fagòcits mononuclears" i "citoquines derivades de limfòcits T". També les separen en relació amb les respostes que intervenen: citotòxica (antiviral i anti cancerígena), humoral, cel·lular o al·lèrgica; a més d'aquelles que són immunosupressores.

- Segons la resposta inflamatòria

Segons si promouen o no reaccions o respostes inflamatòries, les citoquines es classifiquen en citocines proinflamatòries i citoquines antiinflamatòries.

citoquines proinflamatòries

La inflamació mediada per aquestes citoquines consisteix en una cascada d'expressió de productes gènics que usualment no s'expressen en un ésser humà saludable.

Tot i que determinades endotoxines i altres productes "inflamatoris" són capaços de disparar l'expressió d'aquests gens "proinflamatoris", les citoquines IL-1 i TNF, i fins i tot l'interferó IFN-γ, són particularment efectives en la seva estimulació, per la qual que es diu que són les principals citoquines proinflamatòries.

Estructura de l'inferterón beta humà (Font: via Wikimedia Commons)

Independentment de si el procés inflamatori va ser desencadenat per una infecció, traumatisme, isquèmia, cèl·lules T activades o alguna toxina, aquestes dues molècules actuen sinèrgicament per iniciar la cascada de mediadors inflamatoris.

citoquines antiinflamatòries

Aquestes proteïnes, per contra, bloquegen el procés de resposta inflamatòria o suprimeixen la intensitat amb què passa. Part d'aquest grup són les interleucines IL-4, IL-10, IL-13 i el factor de creixement transformador (TGF) -β (que bloqueja la producció d'IL-1 i TNF).

També hi ha la IL-6 - produïdes per les cèl·lules B, les cèl·lules T i els monocitos- i la IL-11 -produïdes per les cèl·lules estromals i els fibroblastos-.

En base a l'anterior, es diu que el desenvolupament d'una malaltia (ja sigui a curt oa llarg termini) depèn, en gran mesura, del "balanç" entre els efectes de les citocines proinflamatòries i antiinflamatòries.

De fet, algunes investigacions suggereixen que la susceptibilitat a certes malalties està determinada genèticament per l'equilibri en l'expressió dels gens codificants per als dos tipus de citocines.

Una condició patològica progressa, llavors, quan els mediadors antiinflamatoris proveeixen un control que no és suficient per bloquejar l'activitat proinflamatòria (en malalties controlades pel sistema immune) o quan el control és exagerat i acaba inhibint la resposta immune, fent que l'hoste tingui el risc d'una infecció sistèmica.

receptors

Part essencial de la funció de qualsevol citocina és la seva interacció i associació amb un parell receptor (interacció lligant-receptor).

Alguns autors classifiquen a les citoquines d'acord amb el tipus de receptor a el qual s'uneixen, els quals poden ser:

- Tipus I (de la família hematopoyetina)

- Tipus II (de la família interferó)

- La família de receptors de les proteïnes TNF (factor de necrosi tumoral)

- Receptors IL-1

- Receptors tipus Toll

- Receptors IL-17

- Receptors tirosina quinasa

- Família de receptors serina quinases de el factor de creixement transformador

Tipus I (de la família hematopoyetina)

A aquests receptors s'uneixen també hormones (eritropoetina (EPO), trombopoietina (TPO) i leptina), i citocines com els factors estimuladors de colònies de granulòcits (G-CSFs, de l'anglès granulocyte-colony-stimulating factor), els actors estimuladors de colònies de granulòcits macròfags (GM-CSFs) i les interleucines IL-2 a IL-7, IL-9, IL-11 a IL-13, IL-15, IL-21, IL-23, IL-27, IL 31 i IL-35.

Aquestes citoquines "tipus I" es caracteritzen per la similitud que comparteixen en les seves seqüències, ja que cadascuna conté quatre hèlixs alfa antiparal·leles amb dues connexions o bucles, un de curt i un de llarg, que estan "arreglats" estructuralment en una configuració "dalt-dalt "i" baix-baix ".

Tipus II (de la família interferó)

A aquests receptors s'uneixen l'interferó IFN-α / β, l'IFN-γ, les interleucines IL-10, IL-19, IL-20, IL-22, IL-24, IL-26 i IL-28 a II.- 30.

Es tracta d'heterodímers formats per dues subunitats conegudes com IFNAR1 i IFNAR2, que comparteixen similitud amb algunes seqüències de motius en els receptors tipus I. Funcionen principalment amb citoquines antivirals.

Receptors tipus IL-1 i tipus Toll (TLR)

S'associen amb les respostes disparades per la interleucina IL-1α / β, IL-18, IL-33 i IL-36 a IL-38.

Família de receptors serina quinases de el factor de creixement transformador

Aquesta família de receptors de citocines es relaciona amb la resposta de les proteïnes TGF-β1, TGF-β2 i TGF-β3, que són produïts per cèl·lules T, macròfags i altres cèl·lules de el cos.

referències

1. Borish, LC, & Steinke, JW (2003). 2. cytokines and chemokines. Journal of Allergy and Clinical Immunology, 111 (2), S460-S475.
2. Cavaillon, JM (1994). Cytokines and macrophages. Biomedicine & Pharmacotherapy, 48 (10), 445-453.
3. Dinarello, CA (2000). Proinflammatory cytokines. Chest, 118 (2), 503-508.
4. Nathan, C., & Sporn, M. (1991). Cytokines in context. The Journal of cell biology, 113 (5), 981-986.
5. Opal, SM, & DePalo, VA (2000). Anti-inflammatory cytokines. Chest, 117 (4), 1162-1172.
6. O'Shea, JJ, Gadina, M., & Siegel, RM (2019). Cytokines and cytokine receptors. In Clinical Immunology (pp. 127-155). Content Repository Only !.