Struktura roztoku interleukinu-8, chemokinu podskupiny CXC
Chemokiny jsou rodina malých cytokinů, neboli bílkovin vylučovaných buňkami. Bílkoviny jsou klasifikovány jako chemokiny podle společných strukturálních charakteristik, jako je malá velikost (všechny mají velikost přibližně 8-10 kilodaltonů) a přítomnost čtyř zbytků cysteinů v konzervovaných lokalitách, které jsou klíčové pro vytvoření jejich trojrozměrného tvaru. Jejich název je odvozen od jejich schopnosti indukovat řízené chemotaxe v blízkých reagujících buňkách; jsou to chemotaktické cytokiny. Tyto bílkoviny jsou však historicky známy pod několika jinými názvy, včetně rodiny cytokinů SIS, rodiny cytokinů SIG, rodiny cytokinů SCY, nadrodiny Platelet factor-4 nebo interrinů. Některé chemokiny jsou považovány za prozánětlivé a mohou být indukovány během imunitní odpovědi, aby se buňky imunitního systému dostaly do místa infekce, zatímco jiné jsou považovány za homeostatické a podílejí se na kontrole migrace buněk během normálních procesů údržby nebo vývoje tkání. Chemokiny se nacházejí u všech obratlovců, některých virů a některých bakterií, ale žádné nebyly popsány u jiných bezobratlých. Tyto proteiny uplatňují své biologické účinky interakcí s transmembránovými receptory vázanými na G protein, nazývanými chemokinové receptory, které se selektivně nacházejí na povrchu jejich cílových buněk.
Chemokiny uvolněné infikovanými nebo poškozenými buňkami tvoří koncentrační gradient. Přitažené buňky procházejí gradientem směrem k vyšší koncentraci chemokinu.
Strukturální charakteristiky
Všechny chemokiny mají typickou řeckou klíčovou strukturu, která je stabilizována disulfidovými vazbami mezi konzervovanými zbytky cysteinu.
Bílkoviny jsou klasifikovány do rodiny chemokinů na základě jejich strukturálních charakteristik, nejen jejich schopnosti přitahovat buňky. Všechny chemokiny jsou malé, s molekulovou hmotností mezi 8 a 10 kDa. Jsou přibližně z 20-50% identické; to znamená, že sdílejí genovou sekvenci a homologii sekvence aminokyselin. Všechny také disponují konzervovanými aminokyselinami, které jsou důležité pro vytvoření jejich 3-dimenzionální nebo terciární struktury, jako jsou (ve většině případů) čtyři cysteiny, které na sebe vzájemně působí v párech a vytvářejí řecký klíčový tvar, který je charakteristický pro chemokiny; intramolekulární disulfidové vazby se typicky spojují s prvním až třetím a druhé až čtvrté zbytky cysteinů, očíslované podle toho, jak se objevují v proteinové sekvenci chemokinu. Typické chemokinové proteiny vznikají jako pro-peptidy, počínaje signálním peptidem přibližně 20 aminokyselin, který se štěpí z aktivní (zralé) části molekuly během procesu jejího vylučování z buňky. První dva cysteiny, v chemokinu, se nacházejí blízko sebe poblíž N-koncového konce zralého proteinu, třetí cystein se nachází uprostřed molekuly a čtvrtý blízko C-koncového konce. Smyčka přibližně deseti aminokyselin následuje po prvních dvou cysteinech a je známá jako N-smyčka. Po ní následuje jednootáčková šroubovice, zvaná 310-šroubovice, tři β-vlákna a C-koncový α-šroubovice. Tyto šroubovice a vlákna jsou spojeny závity zvanými 30s, 40s a 50s smyčky; třetí a čtvrtý cystein se nachází ve smyčkách 30s a 50s.
Členové rodiny chemokinů jsou rozděleni do čtyř skupin v závislosti na rozestupu jejich prvních dvou zbytků cysteinu.
CC chemokiny (nebo β-chemokiny) mají dva sousední cysteiny v blízkosti jejich amino terminu. U savců bylo hlášeno nejméně 27 odlišných členů této podskupiny, nazývaných CC chemokinové ligandy (CCL)-1 až -28; CCL10 je stejná jako CCL9. Chemokiny této podskupiny obvykle obsahují čtyři cysteiny (C4-CC chemokiny), ale malý počet CC chemokinů má šest cysteinů (C6-CC chemokiny). C6-CC chemokiny zahrnují CCL1, CCL15, CCL21, CCL23 a CCL28. CC chemokiny indukují migraci monocytů a dalších typů buněk, jako jsou NK buňky a dendritické buňky. Příkladem CC chemokinu je monocytární chemoattrakční protein-1 (MCP-1 nebo CCL2), který indukuje monocyty, aby opustily krevní řečiště a vstoupily do okolní tkáně, aby se staly tkáňovými makrofágy.
CC chemokiny indukují buněčnou migraci vazbou a aktivací CC chemokinových receptorů, z nichž deset bylo dosud objeveno a nazváno CCR1-10. Tyto receptory jsou exprimovány na povrchu různých typů buněk, což umožňuje jejich specifickou přitažlivost chemokiny. CC chemokin, který přitahuje lymfocyty, je CCL28, který je chemoattraktantní k T buňkám a B buňkám, které exprimují chemokinový receptor CCR10. Tento chemokin může také přitahovat eosinofily, které exprimují CCR3. CCL5 (nebo RANTES) přitahuje buňky, jako jsou T buňky, eosinofily a bazofily, které exprimují receptor CCR5.
Dva N-terminální cysteiny CXC chemokinů (nebo α-chemokinů) jsou odděleny jednou aminokyselinou, v tomto názvu zastoupenou „X“. Existuje 17 různých CXC chemokinů popsaných u savců, které jsou rozděleny do dvou kategorií, ty se specifickou aminokyselinovou sekvencí (nebo motivem) kyseliny glutamové-leucin-arginin (nebo zkráceně ELR) bezprostředně před prvním cysteinem CXC motivu (ELR-pozitivní), a ty bez ELR motivu (ELR-negativní). ELR-pozitivní CXC chemokiny specificky indukují migraci neutrofilů a interagují s chemokinovými receptory CXCR1 a CXCR2. Příkladem ELR-pozitivního CXC chemokinu je interleukin-8 (IL-8), který indukuje, že neutrofily opouštějí krevní oběh a vstupují do okolní tkáně. Ostatní CXC chemokiny, které postrádají ELR motiv, jako například CXCL13, bývají chemoaktraktantní pro lymfocyty. CXC chemokiny se vážou na CXC chemokinové receptory, kterých bylo dosud objeveno sedm, s označením CXCR1-7.
Třetí skupina chemokinů je známá jako C chemokiny (nebo γ chemokiny) a na rozdíl od všech ostatních chemokinů má pouze dva cysteiny; jeden N-terminální cystein a jeden cystein po proudu. Pro tuto podskupinu byly popsány dva chemokiny, které se nazývají XCL1 (lymfotaktin-α) a XCL2 (lymfotaktin-β). Tyto chemokiny přitahují prekurzory T buněk do brzlíku.
Čtvrtá skupina byla také objevena a její členové mají tři aminokyseliny mezi oběma cysteiny a je označována jako CX3C chemokin (nebo δ-chemokiny). Jediný dosud objevený CX3C chemokin se nazývá fraktálkin (nebo CX3CL1). Je vylučován a zároveň vázán na povrch buňky, která jej exprimuje, a tím slouží jako chemoaktraktant i jako adhezní molekula.
Chemokinové receptory jsou receptory spřažené s G proteinem obsahující 7 transmembránových domén, které se nacházejí na povrchu leukocytů. K dnešnímu dni bylo charakterizováno přibližně 19 různých chemokinových receptorů, které jsou rozděleny do čtyř rodin v závislosti na typu chemokinu, na který se vážou; CXCR, které vážou CXC chemokiny, CCR, které vážou CC chemokiny, CX3CR1, které váže jediný CX3C chemokin (CX3CL1), a XCR1, který váže dva XC chemokiny (XCL1 a XCL2). Mají mnoho společných strukturálních rysů; jsou si podobné velikostí (s asi 350 aminokyselinami), mají krátký, kyselý N-koncový konec, sedm helikálních transmembránových domén se třemi intracelulárními a třemi extracelulárními hydrofilními smyčkami a intracelulární C-koncový konec obsahující serinové a threoninové zbytky důležité pro regulaci receptorů. První dvě extracelulární smyčky chemokinových receptorů mají každý zakonzervovaný cysteinový zbytek, který umožňuje tvorbu disulfidového mostu mezi těmito smyčkami. G proteiny jsou spojeny s C-terminálním koncem chemokinového receptoru, aby po aktivaci receptoru umožnily intracelulární signalizaci, zatímco N-terminální doména chemokinového receptoru určuje vazebnou specificitu ligandu.
Chemokinové receptory se spojují s G-proteiny a přenášejí buněčné signály po navázání ligandu. Aktivace G proteinů chemokinovými receptory způsobuje následnou aktivaci enzymu známého jako fosfolipáza C (PLC). PLC štěpí molekulu zvanou fosfatidylinositol (4,5)-bisfosfát (PIP2) na dvě molekuly sekundového posla známé jako Inositol trifosfát (IP3) a diacylglycerol (DAG), které spouštějí intracelulární signalizační události; DAG aktivuje další enzym zvaný proteinkináza C (PKC) a IP3 spouští uvolňování vápníku z intracelulárních zásob. Tyto události podporují mnoho signalizačních kaskád (jako je MAP kinázová dráha), které vyvolávají reakce jako chemotaxe, degranulace, uvolňování superoxidových aniontů a změny v aviditě buněčných adhezních molekul zvaných integriny uvnitř buňky ukrývající chemokinový receptor.
Objev, že β chemokiny RANTES, MIP (Macrophage Inflammatory Proteins) 1α a 1β (nyní známé jako CCL5, CCL3 a CCL4) potlačují HIV-1, poskytl počáteční spojení a naznačil, že tyto molekuly mohou kontrolovat infekci jako součást imunitních odpovědí in vivo. Spojení produkce chemokinu s antigeny indukovanou proliferativní odpovědí, příznivějším klinickým stavem u infekce HIV, jakož i s neinfikovaným stavem u subjektů ohrožených infekcí naznačuje pozitivní roli těchto molekul při kontrole přirozeného průběhu infekce HIV.
Faktor autokrinní motility – Chemokin – hematopoetický (faktor kmenových buněk, faktor stimulující kolonie) – růstový faktor hepatocytů – Interferon – Interleukin – Faktor inhibující leukemii – Lymfokin (Lymfotoxin, Transferový faktor) – Monokin – Oncostatin M – Osteopontin – TGF beta – Tumor nekrotizující faktor
CCL1 – CCL2 – CCL3 – CCL4 – CCL5 – CCL6 – CCL7 – CCL8 – CCL9 – CCL10 – CCL11 – CCL12 – CCL13 – CCL14 – CCL15 – CCL16 – CCL17 – CCL18 – CCL19 – CCL20 – CCL21 – CCL22 – CCL23 – CCL24 – CCL25 – CCL26 – CCL27 – CCL28
CXCL1 – CXCL2 – CXCL3 – CXCL4 – CXCL5 – CXCL6 – CXCL7 – CXCL8 – CXCL9 – CXCL10 – CXCL11 – CXCL12 – CXCL13 – CXCL14 – CXCL15 – CXCL16 – CXCL17