CYTOKINES: ลักษณะประเภทฟังก์ชันตัวอย่าง - ชีววิทยา

ไซโตไคน์หรือcytokinesเป็นโปรตีนหรือไกลโคโปรตีนที่ละลายน้ำได้ส่งสัญญาณที่ผลิตโดยเซลล์ชนิดต่าง ๆ ในร่างกายโดยเฉพาะเซลล์ของระบบภูมิคุ้มกันเม็ดเลือดขาว: นิวโทรฟิ monocytes, ขนาดใหญ่และเซลล์เม็ดเลือดขาว (B เซลล์และเซลล์ T)

ซึ่งแตกต่างจากปัจจัยการจับตัวรับเฉพาะอื่น ๆ ที่ทำให้เกิดการส่งสัญญาณที่ยาวและซับซ้อนซึ่งมักเกี่ยวข้องกับลำดับไคเนสของโปรตีน (ทางเดินแอมป์วงจรเป็นต้น) ไซโตไคน์มีผลโดยตรงมากกว่า

โครงสร้างของไซโตไคน์ของมนุษย์ที่เรียกว่า Interferon alpha (ที่มา: Nevit Dilmen ผ่าน Wikimedia Commons)

ปัจจัยที่ละลายน้ำได้เหล่านี้จับกับตัวรับที่กระตุ้นโปรตีนที่มีหน้าที่โดยตรงในการถอดยีนเนื่องจากสามารถเข้าไปในนิวเคลียสและกระตุ้นการถอดความของยีนเฉพาะ

ไซโตไคน์ตัวแรกถูกค้นพบเมื่อกว่า 60 ปีที่แล้ว อย่างไรก็ตามลักษณะทางโมเลกุลของพวกมันหลายตัวค่อนข้างช้า ปัจจัยการเจริญเติบโตของประสาทอินเตอร์เฟียรอนและอินเตอร์ลิวคิน 1 (IL-1) เป็นไซโตไคน์ตัวแรกที่อธิบาย

ชื่อ "ไซโตไคน์" เป็นคำทั่วไป แต่ในวรรณคดีมีความแตกต่างเกี่ยวกับเซลล์ที่สร้างสารเหล่านี้ ดังนั้นจึงมี lymphokines (ผลิตโดย lymphocytes) monokines (ผลิตโดย monocytes) interleukins (ผลิตโดย leukocyte และทำหน้าที่แทน leukocytes อื่น ๆ ) เป็นต้น

โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสัตว์ที่มีกระดูกสันหลัง แต่การดำรงอยู่ของพวกมันถูกกำหนดในสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังบางชนิด ตัวอย่างเช่นในร่างกายของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมพวกมันสามารถมีฟังก์ชั่นเสริมการทำงานร่วมกันเป็นปฏิปักษ์หรือแม้แต่กระตุ้นซึ่งกันและกัน

พวกมันสามารถมีการกระทำของ autocrine นั่นคือพวกมันทำหน้าที่ในเซลล์เดียวกับที่สร้างมันขึ้นมา หรือพาราครีนซึ่งหมายความว่าเซลล์เหล่านี้ผลิตขึ้นโดยเซลล์ชนิดหนึ่งและกระทำต่อผู้อื่นที่อยู่รอบตัว

ลักษณะและโครงสร้าง

ไซโตไคน์ทั้งหมดเป็น "pleiotropic" นั่นคือมีหน้าที่มากกว่าหนึ่งอย่างในเซลล์มากกว่าหนึ่งชนิด เนื่องจากตัวรับที่ตอบสนองต่อโปรตีนเหล่านี้แสดงออกในเซลล์หลายประเภท

ได้รับการพิจารณาแล้วว่ามีความซ้ำซ้อนในการทำงานระหว่างหลาย ๆ ชนิดเนื่องจากไซโตไคน์หลายประเภทสามารถมีผลกระทบทางชีวภาพที่มาบรรจบกันได้และมีการแนะนำว่าสิ่งนี้เกี่ยวข้องกับความคล้ายคลึงกันของลำดับในตัวรับ

เช่นเดียวกับผู้ส่งสารจำนวนมากในกระบวนการส่งสัญญาณของเซลล์ไซโตไคน์มีการกระทำที่มีประสิทธิภาพที่ความเข้มข้นต่ำมากซึ่งต่ำมากจนสามารถอยู่ในช่วงนาโนโมลาร์และเฟมโทโมลาร์ได้เนื่องจากตัวรับมีความเกี่ยวข้องอย่างมากกับพวกมัน

ไซโตไคน์บางชนิดทำงานเป็นส่วนหนึ่งของ "น้ำตก" ของไซโตไคน์ นั่นคือเป็นเรื่องปกติที่พวกเขาจะทำงานร่วมกันและการควบคุมมักขึ้นอยู่กับไซโตไคน์ที่ยับยั้งอื่น ๆ และปัจจัยด้านกฎระเบียบเพิ่มเติม

การแสดงออกของยีนเข้ารหัสไซโตไคน์

ไซโตไคน์บางชนิดมาจากยีนของการแสดงออกที่เป็นส่วนประกอบเช่นมีความจำเป็นต้องรักษาระดับเม็ดเลือดให้คงที่

โปรตีนที่แสดงออกซึ่งเป็นส่วนประกอบเหล่านี้บางส่วน ได้แก่ erythropoietin, interleukin 6 (IL-6) และปัจจัยกระตุ้นการเติบโตของอาณานิคมของเซลล์บางชนิดที่นำไปสู่ความแตกต่างของเซลล์สีขาวจำนวนมาก

ไซโตไคน์อื่น ๆ ถูกสังเคราะห์ไว้ล่วงหน้าและเก็บไว้เป็นเม็ดไซโตโซลิกโปรตีนเมมเบรนหรือเชิงซ้อนกับโปรตีนที่จับกับผิวเซลล์หรือเมทริกซ์นอกเซลล์

สิ่งเร้าระดับโมเลกุลจำนวนมากควบคุมการแสดงออกของยีนที่เป็นรหัสของไซโตไคน์ในเชิงบวก มีโมเลกุลเหล่านี้บางตัวที่เพิ่มการแสดงออกของยีนของไซโตไคน์อื่น ๆ และยังมีอีกมากมายที่มีหน้าที่ยับยั้งที่ จำกัด การทำงานของไซโตไคน์อื่น ๆ

ควบคุมโดยการประมวลผล

การทำงานของไซโตไคน์ยังถูกควบคุมโดยการประมวลผลรูปแบบสารตั้งต้นของโปรตีนเหล่านี้ ในขั้นต้นจำนวนมากถูกผลิตเป็นโปรตีนเมมเบรนที่ใช้งานอยู่ซึ่งต้องการความแตกแยกของโปรตีโอไลติกเพื่อให้กลายเป็นปัจจัยที่ละลายน้ำได้

ตัวอย่างของไซโตไคน์ภายใต้การควบคุมการผลิตประเภทนี้ ได้แก่ ปัจจัยการเจริญเติบโตของผิวหนัง EGF (จากภาษาอังกฤษ "E pidermal G rowth F นักแสดง") ปัจจัยการเติบโตของเนื้องอก TGF (จากภาษาอังกฤษ "T umoral G rowth F นักแสดง") interleukin 1β (IL-1β) และ tumor necrosis factor TNFα (จากภาษาอังกฤษ "Tumor N ecrosis F stars")

ไซโตไคน์อื่น ๆ ถูกหลั่งออกมาเป็นสารตั้งต้นที่ไม่ใช้งานซึ่งต้องผ่านกระบวนการทางเอนไซม์เพื่อเปิดใช้งานและเอนไซม์บางตัวที่รับผิดชอบในการประมวลผลของไซโตไคน์บางชนิดเกี่ยวข้องกับโปรตีนของตระกูล cysteine โปรตีเอสคาเปส

ภาพรวมโครงสร้าง

Cytokines สามารถมีน้ำหนักที่ผันแปรได้สูงมากจนกำหนดช่วงระหว่าง 6 kDa ถึง 70 kDa

โปรตีนเหล่านี้มีโครงสร้างที่ผันแปรได้สูงและสามารถประกอบขึ้นจากบาร์เรลของแอลฟาเฮลิกส์โครงสร้างที่ซับซ้อนของแผ่นพับขนานหรือขนานกันเป็นต้น

ประเภท

ไซโตไคน์มีหลายประเภทและจำนวนยังคงเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ เมื่อพิจารณาจากความหลากหลายของโปรตีนที่มีหน้าที่และลักษณะที่คล้ายคลึงกันซึ่งค้นพบทุกวันในโลกวิทยาศาสตร์

ระบบการตั้งชื่อยังห่างไกลจากความสัมพันธ์ที่เป็นระบบเนื่องจากการระบุขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ที่แตกต่างกัน: ที่มาการวิเคราะห์ทางชีวภาพเบื้องต้นที่กำหนดและหน้าที่ของมันเป็นต้น

ฉันทามติในปัจจุบันสำหรับการจำแนกไซโตไคน์นั้นขึ้นอยู่กับโครงสร้างของโปรตีนตัวรับซึ่งมีอยู่ในครอบครัวจำนวนน้อยที่มีลักษณะการอนุรักษ์อย่างมาก ดังนั้นจึงมีตัวรับไซโตไคน์หกตระกูลที่จัดกลุ่มตามความคล้ายคลึงกันในลำดับของส่วนไซโตโซลิก:

ตัวรับ Type I (ตัวรับเม็ดเลือด): รวมไซโตไคน์ interleukin 6R และ 12 R (IL-6R และ IL-12R) และปัจจัยอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการกระตุ้นการสร้างอาณานิคมของเซลล์ มีผลต่อการกระตุ้นเซลล์ B และ T
ตัวรับประเภท II (ตัวรับอินเตอร์เฟียรอน): ไซโตไคน์เหล่านี้มีหน้าที่ต้านไวรัสและตัวรับนั้นเกี่ยวข้องกับโปรตีนไฟโบรเนคติน
ตัวรับ TNF (Tumor Necrosis Factor, ภาษาอังกฤษ "T umor N ecrosis F นักแสดง"): เป็นไซโตไคน์ "pro-inflammatory" ซึ่งเป็นปัจจัยที่เรียกว่า p55 TNFR, CD30, CD27, DR3, DR4 และอื่น ๆ
Toll / IL-1-like receptors: ครอบครัวนี้มี interleukins proinflammatory จำนวนมากและตัวรับของมันโดยทั่วไปมีบริเวณที่อุดมไปด้วย leucine ซ้ำในส่วนนอกเซลล์
ตัวรับไทโรซีนไคเนส: ในตระกูลนี้มีไซโตไคน์จำนวนมากที่มีหน้าที่ของปัจจัยการเจริญเติบโตเช่นปัจจัยการเติบโตของเนื้องอก (TGF) และโปรตีนอื่น ๆ ที่ส่งเสริมการสร้างอาณานิคมของเซลล์
ตัวรับเคมีโมไคน์: ไซโตไคน์ของตระกูลนี้มีหน้าที่ทางเคมีเป็นหลักและตัวรับของพวกมันมีส่วนของเมมเบรนมากกว่า 6 ส่วน

ตัวรับไซโตไคน์สามารถละลายน้ำได้หรือมีเยื่อหุ้ม ตัวรับที่ละลายน้ำสามารถควบคุมการทำงานของโปรตีนเหล่านี้ได้โดยทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาหรือคู่อริในกระบวนการส่งสัญญาณ

ไซโตไคน์หลายชนิดใช้ตัวรับที่ละลายน้ำได้รวมถึง interleukins (IL) หลายประเภทปัจจัยการเจริญเติบโตของระบบประสาท (NGF) ปัจจัยการเติบโตของเนื้องอก (TGF) และอื่น ๆ

คุณสมบัติ

สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าไซโตไคน์ทำหน้าที่เป็นสารเคมีระหว่างเซลล์ แต่ไม่เหมือนกับเอฟเฟกต์ระดับโมเลกุลเนื่องจากจำเป็นในการกระตุ้นหรือยับยั้งการทำงานของเอฟเฟกต์เฉพาะ

หนึ่งในลักษณะการทำงานที่ "รวมเป็นหนึ่ง" ของไซโตไคน์คือการมีส่วนร่วมในการป้องกันร่างกายซึ่งสรุปได้ว่าเป็น "การควบคุมระบบภูมิคุ้มกัน" ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและสัตว์อื่น ๆ อีกมากมาย

พวกเขามีส่วนร่วมในการควบคุมการพัฒนาเม็ดเลือดในกระบวนการสื่อสารระหว่างเซลล์และในการตอบสนองของร่างกายต่อสารติดเชื้อและสิ่งกระตุ้นการอักเสบ

เนื่องจากโดยปกติแล้วจะพบในความเข้มข้นต่ำการหาปริมาณความเข้มข้นของไซโตไคน์ในเนื้อเยื่อหรือของเหลวในร่างกายจึงถูกใช้เป็นตัวบ่งชี้ทางชีวภาพสำหรับการทำนายความก้าวหน้าของโรคและการติดตามผลของยาที่ให้กับผู้ป่วย ผู้ป่วย

โดยทั่วไปมักใช้เป็นเครื่องหมายของโรคอักเสบรวมถึงการปฏิเสธการปลูกถ่าย, อัลไซเมอร์, หอบหืด, เส้นเลือดอุดตัน, มะเร็งลำไส้และมะเร็งอื่น ๆ โดยทั่วไป, ภาวะซึมเศร้า, โรคหัวใจและไวรัสบางชนิด, พาร์กินสัน, ภาวะติดเชื้อความเสียหายของตับ ฯลฯ

พวกเขาอยู่ที่ไหน?

ไซโตไคน์ส่วนใหญ่หลั่งโดยเซลล์ อื่น ๆ สามารถแสดงออกได้ในพลาสมาเมมเบรนและมีบางส่วนที่ยังคงอยู่ในสิ่งที่ถือได้ว่าเป็น "สำรอง" ในอวกาศซึ่งประกอบด้วยเมทริกซ์นอกเซลล์

พวกเขาทำงานอย่างไร?

ไซโตไคน์ตามที่กล่าวไว้มีผลในร่างกายซึ่งขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมที่พบ การกระทำของมันเกิดขึ้นผ่านการส่งสัญญาณลดหลั่นและเครือข่ายปฏิสัมพันธ์ที่เกี่ยวข้องกับไซโตไคน์อื่น ๆ และปัจจัยอื่น ๆ ที่มีลักษณะทางเคมีที่แตกต่างกัน

พวกเขามักจะมีส่วนร่วมในการมีปฏิสัมพันธ์กับตัวรับที่มีโปรตีนเป้าหมายซึ่งถูกกระตุ้นหรือยับยั้งหลังจากการเชื่อมโยงซึ่งมีความสามารถในการทำหน้าที่โดยตรงหรือโดยอ้อมในฐานะปัจจัยการถอดเสียงของยีนโดยเฉพาะ

ตัวอย่างของไซโตไคน์บางชนิด

IL-1 หรืออินเตอร์ลิวคิน 1

เป็นที่รู้จักกันในชื่อ lymphocyte activating factor (LAF), endogenous pyrogen (EP), ตัวกลางไกล่เกลี่ยเม็ดเลือดขาวภายนอก (LEM), catabolin หรือ mononuclear cell factor (MCF)

มีหน้าที่ทางชีววิทยามากมายในเซลล์หลายชนิดโดยเฉพาะอย่างยิ่งเซลล์ B, T และโมโนไซต์ ทำให้เกิดความดันเลือดต่ำมีไข้น้ำหนักลดและการตอบสนองอื่น ๆ มันถูกหลั่งออกมาโดย monocytes, macrophages ของเนื้อเยื่อ, เซลล์ Langerhans, เซลล์เดนไดรติก, เซลล์ lymphoid และอื่น ๆ อีกมากมาย

IL-3

มีชื่ออื่น ๆ เช่น mast cell growth factor (MCGF), multiple colony stimulate factor (multi-CSF), hematopoietic cell growth factor (HCGF) และอื่น ๆ

มีหน้าที่สำคัญในการกระตุ้นการสร้างอาณานิคมของเม็ดเลือดแดงเมกาคาริโอไซต์นิวโทรฟิลอีโอซิโนฟิลเบโซฟิลมาสต์เซลล์และเซลล์อื่น ๆ ของโมโนไซต์

ส่วนใหญ่สังเคราะห์โดยเซลล์ T ที่เปิดใช้งานมาสต์เซลล์และ eosinophils

Angiostatin

มันได้มาจากพลาสมิโนเจนและเป็นไซโตไคน์ตัวยับยั้งการสร้างหลอดเลือดซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวขัดขวางการสร้างเซลล์ประสาทและการเจริญเติบโตของการแพร่กระจายของเนื้องอกในร่างกาย มันถูกสร้างขึ้นโดยความแตกแยกของโปรตีนของพลาสมิโนเจนที่เป็นสื่อกลางจากการปรากฏตัวของมะเร็ง

ปัจจัยการเจริญเติบโตของผิวหนัง

ทำหน้าที่กระตุ้นการเจริญเติบโตของเซลล์เยื่อบุผิวเร่งการเกิดฟันและการเปิดตาในหนู นอกจากนี้ยังทำงานในการยับยั้งการหลั่งกรดในกระเพาะอาหารและเกี่ยวข้องกับการรักษาบาดแผล

อ้างอิง

Alberts, B. , Dennis, B. , Hopkin, K. , Johnson, A. , Lewis, J. , Raff, M. , … Walter, P. (2004). ชีววิทยาของเซลล์ที่จำเป็น Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group
Dinarello, C. (2000). Proinflammatory Cytokines CHEST, 118 (2), 503–508
Fitzgerald, K. , O'Neill, L. , Gearing, A. , & Callard, R. (2001). Cytokine FactsBook (ฉบับที่ 2) ดันดีสกอตแลนด์: ซีรีส์หนังสือข่าววิชาการ
Keelan, JA, Blumenstein, M. , Helliwell, RJA, Sato, TA, Marvin, KW, & Mitchell, MD (2003) Cytokines, Prostaglandins และ Parturition - บทวิจารณ์ รก, 17, S33-S46.
Stenken, JA และ Poschenrieder, AJ (2015) เคมีชีววิเคราะห์ของ Cytokines- A Review. Analytica Chimica Acta, 1, 95–115
Vilcek, J. , & Feldmann, M. (2004). การทบทวนประวัติศาสตร์: ไซโตไคน์เป็นยาบำบัดและเป้าหมายของการบำบัด แนวโน้มทางเภสัชวิทยา, 25 (4), 201–209
Zhang, J. , & An, J. (2007). ไซโตไคน์การอักเสบและความเจ็บปวด Int. ยาระงับความรู้สึก. Clin , 45 (2), 27–37

CYTOKINES: ลักษณะประเภทฟังก์ชันตัวอย่าง - ชีววิทยา - 2025