Ugrás a tartalomhoz

Jelátvitel (Orvosi biotechnológia)

Dr. Berki Tímea, Dr. Boldizsár Ferenc, Dr. Szabó Mariann, Dr. Talabér Gergő, Dr. Varecza Zoltán (2011)

Pécsi Tudományegyetem

3. fejezet - II Részletes (szisztémás) jelátviteli mechanizmusok

3. fejezet - II Részletes (szisztémás) jelátviteli mechanizmusok

Tartalom

II.1 Jelátvitel az immunrendszerben
II.1.1 Jelátvitel a specifikus immunrendszerben 1.: B-sejtjelátvitel
II.1.2 Jelátvitel a specifikus immunrendszerben 2.: T-sejtaktivációésjelátvitel
II.1.3 Fcg receptor jelátvitel
II.1.4 Fce receptor jelátvitel
II.1.5 Citokin jelátvitel
II.1.6 Kemokin jelátvitel
II.1.7 Jelátvitel a veleszületett immunrendszerben, PRR jelátvitel
II.2 Hormon és növekedési faktor jelátvitel
II.2.1 Tirozin kináz-kötött receptorok
II.2.2 G-protein-kapcsolt receptorok (epinefrin,szerotonin,glukagon)
II.2.3 Az intracellularis/nukleáris receptor jelátvitel (szteroidhormonokés a tiroxin)
II.2.4 Nem-genomikus szteroid hormon jelátvitel
II.3 Jelátvitel a tumor sejtekben (EGF-R,Her-2R,adhéziósmolekulák)
EGFR, HER-2
Vese tumor
Integrin jelátvitel
II.4 Apoptózis jelátvitel
Bevezetés
A kaszkád kezdete
Külső faktorok által elindított (extrinsic) apoptotikus út
Belső faktorok által elindított (intrinsic) apoptoikus út
A mitokondriális út:
A kaszpáz kaszkád
II.5 Receptor interakciók, jelátviteli „cross-talk”
Bevezetés
A jelátviteli „cross-talk”„szintjei”
II.6Wnt receptor jelátvitel
Áttekintés
Kanonikus út
Nem –kanonikus út
A Wnt-ok szerepe a T-sejt fejlődésben
II.7 Jelátvitel az idegrendszerben
II.7.1 Az acetilkolin (Ack)
II.7.2 Noradrenalin (NA)
II.7.3 Dopamin (D)
II.7.4 Szerotonin (5-HT)
II.7.5 GABA
II.7.6 Glutamát
II.7.7 Glicin
II.7.8 ATP
II.8 A jelátviteli utak módosítása gyógyszerekkel
Bevezetés
Növekedési faktor receptor gátlók
Kináz gátlók
Kalcineurin blokád
mTOR gátlók
Proteoszóma gátlók
Hsp-90 gátlás

II.1 Jelátvitel az immunrendszerben

Az immunrendszer veleszületett és adaptív mechanizmusok finom szabályozása révén működik. Fontos jellemzője, hogy képes a saját és nem saját struktúrák felismerésére és megkülönböztetésére. Az immunológiai egyensúly állandó fenntartása egy részről az idegen betolakodók és tumor sejtek elpusztításán és eliminálásán, más részről fontos, saját antigénekkel szembeni tolerancia kifejlődésén alapul. Az immunológiai felismerő molekulák sejtfelszíni receptorok (T-sejt receptor, B-sejt receptor, Fc receptorok, komplement receptorok, Toll-like receptorok stb.), amik a legtöbb esetben nem rendelkeznek saját enzimaktivitással, ezért citoplazmatikus nem-receptor tirozin kinázokat és adapter molekulákat használnak a receptorból érkező jel továbbítására. A tirozin foszforiláció gyakori esemény az immunológiai jelátvitelben, ezért az immunrendszerben speciális tirozint tartalmazó szignál szekvencia motívumok alakultak ki: ITAM (Immunoreceptor Tyrosine-based Activation Motif) és ITIM (Immunoreceptor Tyrosine-based Inhibition Motif). Ezen receptorokon keresztül közvetített jelek számos biológiai válasz kifejlődéséhez vezethetnek: proliferáció, differenciáció, fagocitózis, apoptozis vagy anergia.

II.1.1 Jelátvitel a specifikus immunrendszerben 1.: B-sejtjelátvitel

A B-sejt receptor (BcR) komplex

A B-limfociták az adaptív immunrendszer sejtes elemei. Antigén felismerő receptoruk a B-sejt receptor (BcR), ami egy sejtfelszínhez kötött monomer immunglobulin molekula. Mivel a BcR-nek rövid a transzmembrán és az extracelluláris része, a receptor Igα/β láncokhoz asszociálódik, amik ITAM motívumokat tartamaznak. A BcR komplex további ko-stimulációs molekulákat tartalmaz: CD19, CD20, CD21, CD23 és CD45.

Az antigén aktiválta BcR és B-sejt jelátviteli útvonalak

A BcR-t az antigén keresztkötés aktiválja (II.1-1. ábra és II.1-2. ábra). A különböző epitópokat tartalmazó fehérje antigének (T-dependens antigének) csak korlátozott számú BcR keresztkötésére képesek, ami önmagában inkomplett B-sejt aktivációhoz vezet. Ezért az antigén keresztkötéssel szimultán, második aktivációs jel, a helper T-sejtekből származó citokin jel is nélkülözhetetlen a B-sejt aktivációhoz. Ezzel szemben a poliszaharid és lipid antigének nagy számú, ismétlődő epitópokkal rendelkeznek, ezért számos BcR keresztkötés kialakítására képesek és T-sejtek nélkül is teljes B-sejt aktivációt váltanak ki (T-independens antigén).

II.1-1. ábra: BcR jelátvitel

II.1-2. ábra: Rövid/hosszú távú BcR stimuláció

Mindkét esetben az antigén keresztkötés az Src család két kinázának, a Fyn és Lyn molekuláknak, az aktivációjához vezet. Ezek a kinázok foszforilálják az Igα/β láncok ITAM motívumait. A foszforilált tirozinok dokkoló helyként szolgálnak a Syk SH2 doménjei számára. A Syk nem-receptor tirozin kináz a B-sejt jelátvitel központi molekulája. A Syk aktiválja a Grb2-t és PLCγ-t, ami a DAG és IP3 közvetítette jelátviteli utakat indítja be és PKC aktivációhoz, valamint az intracelluláris Ca2+-szint emelkedéséhez vezet. A kalmodulin aktiválja a kalcineurint, ami NFAT aktivációhoz vezet. További jelátviteli utak, mint a MAPK, NFκB és PI3K-Akt utak is aktiválódnak (ezt a CD19 ko-stimulációs molekula szabályozza). A nem-kanonikus NFκB út is aktiválódik a BAFFR (TNF receptor család tagja) által és ez a B-sejtek túléléséhez vezet (II.1-3. ábra). Végül transzkripciós faktorok- NFAT, AP-1, NFκB és ERK – aktivációja génexpressziót eredményez. A BcR jelátvitel legfontosabb biológiai hatása a B-sejtek klonális proliferációja és perifériás differenciációja (plazma és memória B-sejtek kialakulása).

II.1-3. ábra: BcR jelátvitel ko-stimulációs útjai

II.1.2 Jelátvitel a specifikus immunrendszerben 2.: T-sejtaktivációésjelátvitel

A T-sejt receptor (TcR) komplex

A T-limfociták szerteágazó funkciókat töltenek be az adaptív immunrendszerben: citokineken és citotoxikus effektor funkciókon keresztül szabályozzák az immunválasz centrális szakaszát. A T-sejtek antigén felismerő molekulája a T-sejt receptor (TcR), amit vagy α/β vagy γ/δ láncok alkotnak. A TcR a több láncból felépülő CD3 molekulával alkot komplexet, melynek ζ lánca ITAM szekvenciát tartalmaz (II.1-4. ábra). A TcR/CD3 komplex sejt- felszíni akcesszórikus (pl. CD4, CD8, CD45 etc.) és ko-stimulációs (pl. CD28, CTLA-4, PD-1L, ICOS etc.) molekulákkal egészül ki.

II.1-4. ábra: Az „immunológiai szinapszis” molekulái

Aktiváció és jelátvitel a TcR-en keresztül

A B-sejtekkel ellentétben a T-sejtek csak akkor aktiválódnak, ha számukra antigén prezentáló sejtek MHC I vagy II molekulához kötött antigén fragmenseket (8-20 aminosavból álló peptid) mutatnak be („MHC-restrikció”). Az MHC-peptid és TcR kapcsolódása jelátviteli utak sorozatát indítja el (II.1-5. ábra).

II.1-5. ábra: A TcR/CD3 jelátviteli útvonal

Elsőként a CD45 foszfatáz egy gátló foszfát csoportot távolít el az Src családba tartozó Lck kinázról, ami ezt követően a CD3 ζ lánc ITAM-ját foszforilálja. Ezt követően a ZAP-70 (70kDa Zeta-chain Associated Protein kinase), mely a B-sejtekben és hízósejtekben megtalálható Syk-kel homolog, a CD3 ζ lánc foszforilálódott ITAM-ján dokkol. A dokkolt ZAP-70-et az Lck és önmaga is foszforilálja (autofoszforiláció). Az aktivált ZAP-70 a downstream T-sejt jelátviteli utak fő szabályozója. A ZAP-70 kináz célfehérjéje 2 adapter molekula, a LAT és az SLP-76. A két molekula foszforilációja egy multimolekuláris komplex kialakulásához vezet, melyben a GRB2, Itk, GADS és Vav is részt vesznek és a folyamat végül a PLCγ1 aktivációjához vezet. A PLCγ1 ezt követően a PIP2-t hasítja: IP3 és DAG képződik. A DAG két fő jelátviteli út - Ras és PKCθ - aktivációját indítja el. A Ras a MAP-kináz kaszkádot indítja be, ami végül transzkripciós faktorok aktivációjához vezet (pl. AP-1), míg a PKCθ az NFκB útvonalat aktiválja, ami szintén a transzkripció szabályozásához vezet.

Az IP3 Ca2+-ot szabadít fel az endoplazmatikus retikulumból (intracelluláris Ca2+-raktár), amit a plazma membrán Ca2+-csatornáinak megnyílása követ (kapacitatív influx). A megnövekedett intracelluláris Ca2+-szint aktiválja a kalcineurint, a kalmodulint és végül az NFAT transzkripciós faktort. A fent leírt jelátviteli kaszkádok aktivációjának következményeként számos transzkripciós faktor aktiválódik (AP-1, NFAT, NFκB), ami az aktivált T-sejtek teljes génexpresszióját megváltoztatja (II.1-6. ábra).

II.1-6. ábra: T-sejt aktiváció

Lipid raftok és az immunológiai szinapszis

A membránt érintő újabb sejtbiológiai kísérletek kimutatták, hogy a plazma membrán nem egyformán szabadon diffundáló lipid molekulák hatalmas óceánja, hanem fontos szerkezeti aszimmetriákat tartalmaz. A plazma membrán koleszterol és szfingolipid gazdag mikrodoménjei, amiket lipid-raftoknak is nevezünk, felelősek a fent leírt jelátviteli folyamatok precíz szervezéséért. Ezek a raftok színteret biztosítanak a TcR jelátviteli komplex molekuláinak, és szabályozzák a finom molekuláris kölcsönhatásokat. A lipid raftok szoros kapcsolatban vannak a citoszkeletális hálózattal is.

A sikeres T-sejt aktivációhoz önmagában a TcR-en keresztül érkező jel nem elégséges, másodlagos kostimulációs jelekre is szükség van (II.1-7. ábra). Az immunológiai szinapszis (A. Kupfer és M. Dustin) felszínt hoz létre a T-sejt és az antigén prezentáló sejt között. A szupramolekuláris aktivációs komplex (Supramolecular Activation Complex, SMAC) i) egy centrális (c) régióból (TcR komplex, CD4, CD28 molekulák) és ii) egy perifériás (p) régióból (adhéziós molekulák pl. LFA-1) épül fel (II.1-4. ábra). A szinapszisban létrejövő ligand-receptor kötődés mellett a CD45 foszfatáz kizárása is fontos eseménye a T-sejt aktivációnak. A CD28 ko-stimuláció megléte vagy hiánya dönti el, hogy a T-sejtben aktivácó vagy anergia (funkcionális inaktivitás) jön létre (II.1-7. ábra).

II.1-7. ábra: Ko-stimulációs utak, amik a TcR jelátvitelt szabályozzák

II.1.3 Fcg receptor jelátvitel

Bevezetés

Az Fc receptorok (FcR) az immunglobulin molekula konstans Fc régiójának megkötésére képesek. Az immunglobulinok izotípus-specificitása alapján a következő FcR csoportokat különíthetjük el: FcαRI (IgA), Fcα/μR, Fcγ receptorok (I, IIa/b/c, IIIa/b) (IgG), FcεRI/II (IgE), FcRH1-6, FcRX és FcRY.

Fcg receptorok szerepe és expressziója

A leukociták Fc receptorai a fagocitózist és az opszonizált részecskék elpusztítását segítik elő, valamint jeleket közvetítenek, amik a leukociták mikrobicid aktivitását stimulálják. A fagociták legfontosabb Fc receptorai az Fcg receptorok, amik IgG immunkomplexek megkötésére képesek (II.1-8. ábra). Az aktív Fc receptorok a fagocita és citotoxikus sejteket stimulálják, hogy antitest-mediálta fagocitózis vagy antitest-függő sejt közvetítette citotoxicitás (antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity –ADCC) révén pusztítsák el a mikrobákat és a fertőzött sejteket.

II.1-8. ábra: Az Fcg receptorok fajtái

Fcg receptorok ITAM/ITIM

A BcR-hez és a TcR-hez hasonlóan az Fcg receptorok is ITAM-okon keresztül továbbítják a jeleket (II.1-9. ábra). ITAM található például az FcγRIIA és C intracelluláris farkában, és az FcγRI és FcγRIIIA g láncaiban. Ligand kötés hatására az ITAM-ok tirozin (Y) maradékait kinázok foszforilálják és jelátviteli kaszkádot indítanak el a sejtben.

II.1-9. ábra: Aktiváló és gátló Fcγ receptor jelátvitel

Az FcγRIIB1 és FcγRIIB2 receptorokban ezzel szemben ITIM szekvenciákat találunk, ezek a receptorok tehát gátló Fc receptorok: nem fagocitózist indukálnak, hanem gátolják az antigén-indukálta BcR jelátvitelt és leállítják a B-sejt aktivációt. Gátló jeleiket az SHP-1 és SHIP-foszfatázok szabályozzák.

Fcg receptor közvetítette jelátviteli útvonalak

Az Fcg receptorok csoportosulása IgG1-el vagy IgG3-mal beborított részecskék vagy sejtek hatására aktivációs jelet küld a fagocita sejteknek (II.1-10. ábra). Az aktivációs jelhez az szükséges, hogy az FcR a láncait kötött Ig molekulák (pl. Ig fedett mikrobák, immunkomplexek) kössék keresztbe. A jelátvitel az ITAM-ok Src kináz mediálta foszforilációjával kezdődik, ezt követi a Syk család kinázainak SH2 domén mediálta ITAM kötődése, a PI-3 kináz aktivációja, és adapter molekulák, mint az SLP-76 és BLNK toborzása, majd enzimek, mint a PLC-g és a Tec család kinázainak aktivációja. Ennek eredményeként IP3 and DAG képződik és intracelluláris szabad Ca2+ mobilizálódik. A fent leírt jelátviteli út aktivációja leukocitákban citokinek, gyulladásos mediátorok és mikrobicid enzimek génjeinek transzkripciójához, valamint a citoszkeleton mobilizációjához vezet, ami fagocitózist, sejt migrációt és degranulációt eredményez.

II.1-10. ábra: Az Fcg receptor jelátvitel áttekintése

II.1.4 Fce receptor jelátvitel

Az FcεR-ok IgE megkötésére képesek. Amíg az FcεRI funkciójáról sok ismeret áll rendelkezésre, FcεRII szerepének pontos megismerése további vizsgálatokat igényel.

Az FcεR-ok szerkezete és expressziója

Az FcεRI (nagy affinitású IgE receptor) (II.1-11. ábra) α, β és γ láncokból áll. A hízósejteken és bazofil granulocitákon αβγ2 tetramer, a humán antigén prezentáló sejteken, monocitákon, eozinofil granulocitákon, trombocitákon és simaizom sejteken αγ2 trimer formájában expresszálódik. Az α láncnak 2 extracelluláris doménje van, amik az IgE megkötéséért felelősek. A β és γ lánc intracelluláris részei ITAM-okat (immunoreceptor tyrosine-based activation motifs) tartalmaznak, amiknek a jelátvitelben van fontos szerepük.

II.1-11. ábra: IgE kötött FceR I

Az FcεRII (CD23, alacsony affinitású receptor) (II.1-12. ábra) szerkezetileg különbözik valamennyi immunglobulin kötő receptortól, mivel a C-típusú lektin szupercsaládba tartozik. 3 C-típusú lektin domén fej, egy C-terminális farok, egy extracelluláris trimer coiled coil „szár” és 2 splice variáns formában létező rövid intracelluláris N-terminális szekvencia alkotja. A coiled coil „szár” proteolízis során hasadhat és így a CD23 szolubilis formája jöhet létre. A CD23 nem csak IgE-t, hanem CD21-et is köt (ami B-sejteken, follikuláris dendritikus sejteken, aktivált T-sejteken és bazofil granulocitákon expresszálódik), ami fontos lehet az allergiás folyamatokban és az IgE komplement rendszeren keresztüli szabályozásában.

II.1-12. ábra: IgE kötött FceR II

FcεRI közvetítette jelátviteli folyamatok

Az I típusú hiperszenzitív reakciók, mint pl. az anafilaxia, a szénanátha, az étel allergiák, az allergiás megbetegedések, vagy az asztma a legfontosabb FcεRI közvetítette reakciók. Az immunrendszer felismeri az allergéneket, pl.: növényi polleneket, rovarok mérgét és IgE típusú antitestet termel ellenük. Az IgE a hízósejtek felszínén lévő FcεRI-hez kötődik. Ezt a lépést nevezzük szenzibilizációnak. Ha szervezetünk ugyanazzal az allergénnel másodszor is találkozik, az allergén keresztköti az FcεRI kötött IgE molekulákat és aktiválja a sejteket (II.1-13. ábra és II.1-14. ábra). Az FcεRI aggregációt követően az FcεRI ITAM-jai foszforilálódnak, és a FYN és LYN protein tirozin kinázok aktiválódnak. A kinázok aktivációja a Syk nem-receptor tirozin kináz és Gab2 (growth-factor-receptor-bound protein 2 (Grb2)-associated binding protein 2) foszforilációjához vezet. Az FcεRI jelátvitel ezen kezdeti lépései hasonlóságokat mutatnak a TcR jelátvitel kezdeti lépéseivel (II.1-15. ábra). A Gab2 a foszfatidilinozitol 3-kinázhoz kötődik (PI3K) és a PI3K aktivációja a PLC BTK (Bruton's tyrosine kinase)- függő foszforilációjához vezet, ami kalcium mobilizációt eredményez. A PI3K a PLD közvetítette szfingozin kináz aktivációja révén is okozhat kalcium mobilizációt. A PI3K-val párhuzamosan a MAP-kináz kaszkád is aktiválódik. A megnövekedett kalcium jel a hízósejtek degranulációjához vezet, melynek során vazoaktív aminok (pl.: hisztamin) és proteázok szabadulnak fel. A MAP-kináz kaszkád aktivációja a megnövekedett kalcium szinttel közösen különböző gének transzkripciós aktivitását fokozza, pl. citokin gének, amik gyulladásos citokinek pl. TNF termeléséhez vezet. Az arachidonsav enzimatikus módosulása lipid mediátorok, mint a prosztaglandinok és leukotriének termelődéséhez vezet. A fent említett anyagok felelősek a hiperszenzitív reakciók tüneteiért pl.: vaszkuláris szivárgás, bronchus konstrikció, gasztrointesztinális hipermotilitás, gyulladás és szövetkárosodás.

II.1-13. ábra: FceR jelátvitel

II.1-14. ábra: FceRI közvetített jelátvitel

II.1-15. ábra: A TcR és FceR jelátvitel közti hasonlóságok

Ezen patológiás reakcióban betöltött szerepe mellett, az FcεRI fontos funkciója a paraziták elleni védekezés. A férgeket az immunrendszer felismeri és ellenük IgE-t termel. Az IgE a parazita megfelelő epitópjához kötődik. Az eozinofil granulociták nagy affinitású FcεRI-ral rendelkeznek és a parazitát beborító IgE kötését követően granulumaikat kiürítik. Az exocitózis során az eozinofilek granulumaiból kationos fehérjék pl: major bázikus fehérjék, eozinofil bázikus fehérjék valamint enzimek, mint pl. az eozinofil peroxidáz szabadulnak fel és a parazita elpusztításához vezetnek.

FcεRII (CD23) közvetítette folyamatok

Különböző modellek szerint a CD23 az IgE szintézis pozitív és negatív szabályozásában is részt vehet. Az IgE szintézis negatív szabályozása akkor következik be, ha a membrán-kötött CD23-at és IgE-t az allergén-IgE komplex ko-ligálja. A CD23 fontos szerepet játszhat étel allergiák patogeneziséban is, az allergén bél lumenből a mukózába történő szállításában. A CD23 gátló funkciója arra utal, hogy a molekula a jövőben anti-allergiás gyógyszerek fejlesztésének alapjául szolgálhat.

II.1.5 Citokin jelátvitel

Definíció

A citokinek alacsony molekulasúlyú glikoproteinek, amik alacsony koncentrációban hatnak nagy affinitású, specifikus sejtfelszíni receptorokon. A legtöbb citokin a közelében elhelyezkedő sejten/sejteken hat (parakrin hatás), de autokrin (a célsejt és a citokint termelő sejt azonos) vagy endokrin (a keringésen keresztül) hatásokat is közvetíthetnek.

Osztályozás, csoportosítás

Szerkezetük alapján a citokineket 3 csoportba oszthatjuk: (1) 4 α-helix köteg család (tartalmazza az IL-2-, IFN- és IL-10 alosztályokat); (2) IL-1 család; és iii) IL-17 család.

A funkciójukat tekintve elkülönítjük (1) a haematopoetikus citokineket (pl. GM-CSF, G-CSF, M-CSF, eritropoetin, trombopoetin); (2) a limfocita aktivációt és differenciációt szabályozó citokineket (immunregulátoros citokinek); és (3) a gyulladásos citokineket (IL-1, IL-6, TNFα). Az immunregulátoros citokineket tovább osztályozhatjuk az alapján, hogy melyik T helper sejt alcsoport termeli őket:

a) Th1 citokinek: IL-2, TNFα, IFNγ;

b) Th2 citokinek: IL-4, 5, 13

c) Th17: IL-17A-F

d) Treg: TGFβ, IL-10

Receptorok

Az alábbi citokin receptor osztályokat tudjuk elkülöníteni: I osztály (hematopoetin család), II osztály (IFN, IL-10), és TNF-receptor család (II.1-16. ábra). Az I osztályba tartozó receptorok heterodimer/ trimer molekulák és további alcsoportjaikat különítjük el:

(1) eritropoetin, növekedési hormon és IL13 receptorok,

(2) közös β lánccal rendelkező receptorok (IL-3, IL-5, GM-CSF);

(3) közös γ lánccal rendelkező receptorok (IL-2, IL-4, IL-7, IL-9, IL-15); és

(4) közös gp130 alegységgel rendelkező receptorok (IL-6 receptor alosztály) (II.1-17. ábra).

II.1-16. ábra: Citokin receptorok

II.1-17. ábra: A több láncból álló citokin receptorok jellemzői

Janus kinázok (JAK-ok) (120–140kDa)

A JAK-ok (JAK1,2,3 és TYK2) a citokin receptorok citoplazmatikus részéhez asszociálódnak. Először „Just Another Kináznak”, lésőbb „Janus (a kapuk istene a római mitológiában, akinek a két arca ellentétes irányba néz) kináznak” nevezték őket. Az utóbbi elnevezésnek szerkezeti magyarázata van: valamennyi JAK-nak szomszédos kináz és pszeudokináz doménje van. A JAK-ok alap szerkezeti elemei a „JH” domének (Janus homology domains). A JH1: kináz, a JH2: pszeudokináz, a JH3: SH2, a JH4-7: FERM (= 4.1 köteg, ezrin, radixin és moesin) domén (II.1-18. ábra). A FERM domén a citokin receptorok membrán közeli prolinban gazdag részeihez kötődik. A kináz domén 2 szomszédos tirozin maradékának foszforilációja kritikus lépés a molekula aktivációja szempontjából. Az I.1. és I.2. (lásd fent) osztályba tartozó citokin receptorok a JAK2-vel; I.3. osztályba tartozók a JAK 1-el és JAK3-mal; az I.4. és II osztályba tartozók pedig a JAK1, JAK2 és TYK2-vel asszociálódnak.

II.1-18. ábra: A JAK és STAT fehérjék szerkezete

STAT-ok (Signal Transducer and Activator of Transcription -STAT)

A JAK-ok fő célmolekulái a STAT fehérjék (II.1-18. ábra). A STAT-ok egy NH2 doménből (dimerizáció, DNS-kötés és nukleáris transzport), egy „coiled-coil”-ból (szabályozó fehérjéket köt), egy DNS-kötő doménből (DBD), egy linkerből (Lk), egy SH2 (receptor toborzás és dimerizáció) és egy transzkripciós aktiváló doménből (TAD) épülnek fel. Az SH2 és TAD domének közötti tirozin maradékok foszforilációja kritikus a molekula aktivációjához. A STAT1 és 2 az IFN jelátvitelben játszanak szerepet; a STAT3 az IL-6 és IL-10 család hatásait közvetíti, valamint az IL-21 és IL-27 jelátviteli utakon keresztül szabályozza a Th17 differenciációt. A STAT-4 az IL-12 és IL-23 jelátviteli utakon keresztül szabályozza a Th1 differenciációt. A STAT5a és b az IL-3, IL-5 és GM-CSF jelátvitelt szabályozzák. A STAT-6 az IL-4, IL-13 jeleket közvetíti, amik a Th2 differenciációt és az allergiás immunválaszt szabályozzák.

Citokin jelátvitel

Ligand kötés hatására a citokin receptorok dimerizálódnak, ami a JAK-hoz való kötődést és aktivációt eredményez (II.1-19. ábra). Az aktivált JAK-ok egymást és a receptor láncait foszforilálják. A STAT-ok a foszforilált receptorhoz kötődnek és a JAK-ok által foszforilálódnak. Az aktivált STAT-ok dimereket alkotnak, a sejtmagba transzlokálódnak és transzkripciós faktorként működnek. Például az I típusú IFN-ok (IFNα és IFNβ) a STAT1/2 heterodimert aktiválják, amik ISRE (=IFN-sensitive response elements) szekvenciákhoz kötődnek, míg a II típusú IFN (IFNγ) jelátvitel a STAT1 homodimert aktiválja, ami GAS (=IFNγ-activated site) szekvenciához kötődik.

II.1-19. ábra: A citokin jelátvitel

A JAK/STAT jelátvitel szabályozása

A JAK/STAT jelátviteli út 4 fő mechanizmus által szabályozott.

(1) SHP-1/2 foszfatázok és a CD45 defoszforilálják a JAKot, míg az SHP-2, a PTP1B, a TC-PTP és a PTP-BL STAT fehérjéket defoszforilálnak.

(2) A nukleáris export/import szabályozása a NES (nuclear export sequence) vagy az NLS (nuclear localization sequence) által.

(3) SOCS (suppressors of cytokine signaling) pl. PIAS=Protein Inhibitor of Activated STATs

(4) Szerin-foszforiláció, a TAD acetilációja vagy O-glikozilációja.

Klinikai vonatkozások: JAK gátlók

A JAK gátlókat (eg. Lestaurtinib; Tofacitinib; Ruxolitinib) hematológiai betegségek pl. policitémia vera, trombocitémia, mieloid metaplázia, mielofibrózis és autoimmun betegségek pl. pszoriázis és reumatoid artritisz kezelésében tesztelték.

A TNF receptor jelátvitel

Ligand kötés hatására a TNF receptor láncok trimerizálódnak, ami konformációjuk megváltozásához vezet, majd a gátló SODD (=silencer of death domains) disszociál az intracelluláris „halál doménről”. A TRADD (=tumor necrosis factor receptor type 1-associated DEATH domain protein) adapter fehérje a halál doménhez kötődik és további fehérjék asszociációjához biztosít helyet (II.1-20. ábra és II.1-21. ábra).

II.1-20. ábra: TNF receptor közvetítette apoptózis I.

II.1-21. ábra: TNF receptor közvetítette apoptózis II.

Három fő jelátviteli útvonal aktiválódik:

(1) NF-κB útvonal: TRAF2 (=TNF receptor-associated factor 2) és RIP (=receptor interacting protein) a TRADD-hoz kötődik. A RIP szerin/treonin kináz aktiválja az IKK-t (IκB kinase), ami pedig az NF-κB-t aktiválja. Az aktivált NF-κB a sejtmagba transzlokálódik és a sejt túlélésben, proliferációban, gyulladásban és apoptozisban szerepet játszó gének transzkripcióját szabályozza (általában anti-apoptotikus).

(2) A MAPK út aktivációja: TNF receptor aktivációt követően a 3 fő MAPK út közül a JNK közvetítette stressz válasz útvonal erősen, a p38 út mérsékelten, míg az ERK út minimálisan aktiválódik. A TRAF2 a MEKK1-hez (=Mitogen-activated protein kinase kinase kinase 1) és ASK1-hez (=Apoptosis signal-regulating kinase 1) kötődik, ami a MKK7-et foszforilálja (=Mitogen-activated protein kinase kinase 7). A MKK7 a JNK-t foszforilálja (=c-Jun N-terminal kinase), ami a sejtmagba transzlokálódik és a c-Jun és ATF2 (=Activating transcription factor 2) transzkripciós faktorokat aktiválja. Ez az útvonal a sejt differenciációban, proliferációban valamint apoptozisban részt vevő géneket szabályoz (általában pro-apoptotikus).

(3) Halál jelátvitel (lásd részletesen „Külső faktorok által elindított (extrinsic) apoptotikus út”, II.4. fejezet): TNFR1 nem indukálja olyan erősen ezt az utat, mint pl. a Fas molekula. A TRADD az FADD-t köti, ami a pro-kaszpáz-8-at toborozza. Autokatalitikus hasítás aktiválja a kaszpáz-8-at, ami az apoptotikus kaszkád downstream eseményeit indítja el: a kaszpáz-3 és Bid (=BH3 interacting domain death agonist), valamint a Bcl-2 család pro-apoptotikus tagjai citokróm C felszabadulását indukálják a mitokondriumból.

II.1.6 Kemokin jelátvitel

Definíció

A kemokinek 90-130 aminosavból álló polipeptidek, amik a különböző leukociták kemotaxisát szabályozzák. Szabályozzák mind a normális leukocita forgalmat, mind a gyulladás helyére történő sejttoborzást. A kemokinek fokozzák a sejt adhéziót, aktiválják az effektor leukocitákat, és hozzájárulnak a gyulladásos reakció kialakulásához és a limfoid szövetek fejlődéséhez.

Nevezéktan, csoportosítás és receptorok

A kemokineket a szerkezetileg konzervált első cisztein (C) maradékaik elhelyezkedése alapján csoportosítjuk. A CXC kemokinek esetében (α kemokinek) a ciszteineket egy aminosav választja el egymástól; a CC kemokineknél (β kemokinek) a ciszteinek egymás mellett helyezkednek el. A C kemokineknek (γ kemokinek) csak 2 cisztein maradékuk van: egy N-terminálisan és egy downstream. A CX3C kemokinek (δ kemokinek) estében a ciszteinek között 3 másik aminosav található. A receptoraikat az alapján nevezzük el, hogy milyen típusú citokint kötnek pl.CXCR, CCR.

Jelátvitel

A kemokin receptorok a 7-transzmembrán (7-TM) / G-fehérje kapcsolt receptor családba tartoznak. Aktiválják a PLC > PIP2 > IP3 > Ca2+-jel, a PLC > PIP2 > DAG > PKC és MAPK útvonalakat (II.1-22. ábra és II.1-23. ábra). Ezek az útvonalak aktin polimerizációt, citoszkeletális átrendeződést és adhéziós molekulák expresszióját segítik elő és együttesen kemotaxishoz vezetnek.

II.1-22. ábra: Kemokin jelátvitel G-fehérje kapcsolt receptorokon keresztül

II.1-23. ábra: Kemokin jelátviteli útvonalak

Alkalmazásuk betegségekben

A folyamatosan expresszálódó kemokin receptorok (pl. CCR6,8,10,11; CXCR4,5,6) a homingot és a leukociták vándorlást, míg az indukálható kemokin receptorok (pl. CCR1-5,7; CXCR1-3) a gyulladást szabályozzák. A CCR1,2 és 5 szklerózis multiplex, reumatoid artritisz, asztma és nepfritis, a CCR5 és CXCR4 az AIDS; a CXCR1 és 2 a szepszis és ateroszklerózis patogenezisében játszhatnak szerepet.

II.1.7 Jelátvitel a veleszületett immunrendszerben, PRR jelátvitel

A veleszületett immunrendszer mikrobiális molekulákat ismer fel, amiket patogén-asszociált molekuláris mintázatoknak (pathogen-associated molecular patterns – PAMPs) is nevezzük. A PAMP-ok nélkülözhetetlenek a mikrobiális organizmusok túlélése szempontjából, emlősökben ilyen molekulákat nem találunk. A legtöbb fagocita sejten találhatóak mintázat felismerő receptorok (pattern-recognition receptor-PRRs), amik a PAMP-okat ismerik fel, de számos, a vérben található szolubilis PRR is felismerheti őket, amik opszoninként működnek és a komplement rendszer aktivációjához vezetnek. A veleszületett immunrendszer hozzávetőlegesen 103 mikrobiális molekuláris mintázatot ismer fel.

Endocitotikus mintázat felismerő receptorok

Az endocitotikus mintázat felismerő receptorok, amiket a fagocita sejtek felszínén találunk, elősegítik a mikroorganizmusok kapcsolódását a fagocita sejtekhez, ami ezt követően a mikroorganizmusok bekebelezéséhez és elpusztításához vezet.

Az alábbi csoportjaikat különítjük el:

(1) mannóz receptorok a fagociták C-típusú lektinjei, melyek mannózban gazdag glikánokat kötnek meg, a terminális cukor molekulán –mannózon vagy fruktózon- keresztül, amit gyakran megtalálunk mikrobiális glikoproteinekben és glikolipidekben.

(2) scavenger receptorok bakteriális sejtfal komponensek pl. LPS, peptidoglikán és teikolsav, valamint fertőzött, sérült és stresszen átesett sejtek megkötésére képes. Scavenger receptorok pl. a CD36, a CD68 és a SRB-1.

(3) opszonin receptorok a mikrobákat kötik a fagocitákhoz. Az opszoninok egy része PAMP-hoz kötődik a mikrobák felszínén, a másik része a fagocita sejtek egy specifikus receptorához kötődik. Opszoninok például az akut fázis fehérjék, mint a mannóz kötő lektin (mannose-binding lectin, MBL), a C-reaktív protein (CRP), C3b C4b komplement faktorok, surfactant proteinek, az alveolusokban SP-A és SP-D , valamint az IgG antitest molekula is viselkedhet opszoninként.

(4) N-formil Met receptorok N-formil metionint kötnek, ami az első aminosav a bakteriális fehérjékben, mivel az f-met-tRNS baktériumokban rendelkezik egy antikodon komlementer AUG start kodonnal.

Jelátvitel mintázat felismerő receptorokon keresztül

A mikrobiális PAMP-ok a nekik megfelelő PPR-ekhez kötődnek és elősegítik intracelluláris szabályozó molekulák, pl. citokinek szintézisét és szekrécióját, amik döntő szerepet játszanak a veleszületett és az adaptív immunvédekezés beindításában. Gyulladásos citokinek az interleukin-1 (IL-1), a tumor nekrózis faktor-alfa (TNF-alfa) és az interleukin-12 (IL-12). A folyamatban kemokinek, az interleukin-8 (IL-8), a MCP-1 és a RANTES is szerepet játszanak. A citokinek további, a védekezésben részt vevő sejtek citokin receptoraihoz kötődnek.

Extracelluláris TLR-ek

A Toll receptort először Drosophilában azonosították, mint a fejlődő embrió dorzo-ventrális mintájának kialakításában nélkülözhetetlen receptort. 1996-ban Hoffmann és munkatársai ismertették, hogy a Toll-mutáns legyek jóval hajlamosabbak a gombás fertőzésekre. Ez a tanulmány rámutatott arra, hogy az immunrendszer, különösen a veleszületett immunitás ügyes mechanizmusokkal rendelkezik a mikrobiális invázió észlelésére. Ezt követően egymás után azonosították a Toll receptorok emlős homológjait és Toll-like receptoroknak (TLR- Toll-szerű receptor) nevezték el őket (II.1-24. ábra). A TLR-ek citoplazmatikus része nagymértékben hasonlít az interleukin (IL)-1 receptor család intracelluláris részéhez, ezért Toll/IL-1 receptor (TIR) doménnek nevezzük.

II.1-24. ábra: Toll-like receptorok-mintázat felismerés

A TLR-ek családjai

Emlősökben összesen 13 különböző TLR-t azonosítottak, melyek intracelluláris doménje konzervált TIR domént, az extracelluláris doménjük pedig egy egyéni, leucinban gazdag ismétlődő domént tartalmaz. Ezt a hasonlóságot leszámítva a két receptor típus extracelluláris részének szerkezete különböző (II.1-24. ábra).

A TLR1, TLR2, TLR4, TLR5 és TLR6 a sejtfelszínen, míg a TLR3, TLR7, TLR8 és TLR9 az endoszómális-lizoszómális membránokon expresszálódnak.

TLR jelátvitel és funkció

PAMP felismerést követően a TLR jelátvitel (II.1-25. ábra) azonnal beindítja az veleszületett immunválasz mechanizmusait, amik adapter molekulákon keresztül – pl.MyD88 (myeloid differentiation factor 88), TIRAP (Toll/interleukin (IL)-1 receptor (TIR) domain containing adaptor protein), TRIF (TIRdomain containing adaptor inducing interferon) és TRAM (TRIF-related adaptor molecule) – aktiválják az NFkB, AP-1 és IRF (interferon regulatory factors) transzkripciós faktorokat, melyek antibakteriális és antivirális választ indukálnak. A TLR jelátvitel gének ezreit aktiválja, ami arra utal, hogy a folyamat fontos szerepet tölt be a gén modulációban.

II.1-25. ábra: A komplement receptor (CR) és Toll-like receptor jelátvitel

Endoszómák/fagolizoszómák membránjában található PRR-ek jelátviteli folyamatai

A TLR-3, 7, 8 egyes vagy kettős szálú virális RNS-hez; a TLR-9 – nem-metilált citozin-guanin dinukleotid szekvenciákhoz (CpG DNS) kötődik. A legtöbb TLR virális komponensekhez kötődik és inerferonok szintézisét idézi elő, ami meggátolja a fertőzött gazdasejtben a vírus replikációját.

Citoplazmában találhat PRR-ek jelátviteli folyamatai

(1) NOD1 és 2 (NOD–nucleotide-binding oligomerization domain) citoplazmatikus fehérjék, amik peptidoglikán komponensek intracelluláris felismerését teszik lehetővé (valamennyi baktérium muramil dipeptidje), melyek olyan gének aktivációjához vezetnek, melyek gyulladásos citokineket pl. IL-1, TNF-alpha, IL-8 és IL-12 kódolnak, hasonlóan, mint a sejtfelszíni TLR-ek.

(2) CARD-domént tartalmazó fehérjék (CARD–caspase activating and recruitment domain), mint a RIG-1 (retinoic acid-inducible gene-1) és a MDA-5 (melanoma differentiation-associated gene-5), citoplazmatikus szenzorok, melyek mindketten vírus fertőzött sejtekben termelt kettős szálú és egyes szálú RNS molekulákat ismernek fel és interferonok szintézisét váltják ki, amik a fertőzött gazdasejtben megakadályozzák a vírus replikációját, hasonlóan, mint ahogy azt az endoszómális TLR-ek végzik (II.1-26. ábra).

II.1-26. ábra: Toll-like receptor gátlók

Komplement receptor jelátvitel

A különböző típusú komplement receptorok (CR1-4, C3aR, C5aR) számos immunológiai folyamatban vesznek részt (II.1-27. ábra). A CR1-et (CD35) vörösvérsejtek, monociták, neutrofil granulociták és B-sejtek expresszálják, legfontosabb feladatuk az immunkomplexek eltakarítása a vérből. A CR2-t (CD21, EBV receptor) főként B- és follikuláris dendritikus sejtek expresszálják és aktivátoros ko-receptor szerepet játszik a B-sejt aktivációban. A CR3 és CR4 CD11b-ből vagy CD11c-ből és CD18-ból épül fel, neutrofil granulociták, NK-sejtek, és makrofágok expresszálják őket, funkciójukat tekintve PRR-ek, így serkentik a fagocitózist. A C3aR és C5aR a 7-TM receptor csoportba tartoznak és jelátvitelük G-fehérje függő (további részleteket lásd: I.2.2. fejezet és I.4.1. fejezet).

II.1-27. ábra: Komplement receptorok