INFECTIOUS DISEASE

İMMÜNOLOJİ- BÖLÜM ONÜÇ
SİTOKİNLER VE İMMÜNOREGÜLASYON

Dr Gene Mayer
Professor
Department of Pathology, Microbiology and Immunology
University of South Carolina School of Medicine

Çeviri:
Doç. Dr. Erkan Yula
İzmir, Katip Çelebi Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Tıbbi Mikrobiyoloji Anabilim Dalı
 

 Edited and illustrated by Dr Richard Hunt

ÖĞRENİM HEDEFLERİ
(i) Doğal immunite, (ii) kazanılmış immunite ve (iii) hematopoez mediatörlerinin majör sitokinlerini vurgulamak.

İmun cevap düzenlenmesinin tartışılması

 

ANAHTAR SÖZCÜKLER

Monokinler, Lenfokinler, İnterlökinler, Kemokinler, TNF-α, IL-1, IL-10, IL-12, İnterferonlar, IFN-γ, IL-2, IL-4, IL-5, TGF-β, GM-CSF, M-CSF, G-CSF, Treg’ler
 

Şekil 1A
Çeşitli sitokinlerin ortak alt üniteleri ile ilgili reseptörler

Şekil 1B
İnterferon reseptör ailesi

GENEL BAKIŞ

Sitokinler, hücreler arasında mediatör olarak davranan çeşitli antikor olmayan proteinlerin oluşturduğu bir gruptur. Bunlar, başlangıçta mediatör olarak davranan ve bağışıklık süreçleri regüle eden immün sistem hücrelerinin ürünleri olarak tanımlanmışsa da bu gün artık birçok sitokinin immün sistem dışındaki hücreler tarafından da üretildiği ve immün sistem dışı hücreleri de etkileyebileceği bilinmektedir. Sitokinlerin, günümüzde çeşitli bozuklukların tedavisi için, biyolojik cevabı modifiye edici olarak klinik kullanımı bulunmaktadır. Sitokin terimi büyük bir protein grubunu tanımlamak için kullanılan genel bir terimdir ancak belirli türde sitokinleri tanımlamak için yaygın kullanılan diğer terimler de vardır. Bunlar aşağıdakileri içerir:

• Monokinler, tek çekirdekli fagositik hücreler tarafından üretilen sitokinler
• Lenfokinler, Aktive lenfositlerden, özellikle Th hücreleri tarafından üretilen sitokinler
• İnterlökinler, lökositler arasında mediatör olarak hareket sitokinler
• Kemokinler, öncelikle lökosit göçünden sorumlu küçük sitokinler

Sitokinler, sitokin ağı denilen daha büyük birbiriyle ilişkili proteinler sisteminin ve sinyal iletiminin bir parçası olarak işlev görür. Bunlar, farklı hücrelerin hücre tarafından alınan diğer sinyallere bağlı olarak aynı sitokine farklı yanıt verebildiği karmaşık etkileşimlerdir. Sitokin sinyalizasyonu oldukça değişkendir ve hem koruyucu hem de hasar verici tepkilere neden olabilir. Bir sitokin, genellikle diğer sitokinlerin sentezini etkiler. Bir kaskad başlatabilirler, arttırabilirler ya da diğer sitokinlerin üretimini bastırabilir. Ayrıca, genellikle diğer sitokinlerin davranışlarını etkileyebilirler. Bu etkiler antagonistik, aditif ya da sinerjistik olabilir.

Sitokinler genellikle öncül proteinler olarak depolanamazlar. Aksine onların sentezi, gen transkripsiyonu tarafından başlatılır ve mRNA'ları kısa ömürlüdür. Bağışıklık yanıtta ihtiyaç duyulduğunda üretilirler. Sitokinleri kodlayan genler, birbirinden çok az farklı ama biyolojik olarak önemli biyoaktiviteye sahip proteinler elde etmek için alternatif kırpılma ile varyantlar üretebilir.
Pek çok özgün sitokin hem doğal hem de kazanılmış bağışıklık yanıta dahil olan çok sayıda hücre türleri tarafından üretilir. Özgün sitokinler birçok hücre tiplerine etki eder (başka deyişle, pleotropiktirler) birçok durumda benzer fonksiyonları vardır (örnmeğin ihtiyaçtan fazladırlar). . Fazlalık sitokin reseptörlerinin niteliğine nedeniyledir.

Sitokinler reseptörleri, ortak yapısal özelliklerine göre aileler halinde gruplandırılabilen heterodimerler dir (bazen heterotrimerler); bir alt birimi belirli bir ailenin tüm üyeleri için ortaktır. Bazı örnekler, Şekil 1 'de gösterilmiştir.

• Tip 1 sitokin reseptörleri (IL-2R ailesi), sitokin reseptörlerinin en büyük ailesidir. Bu aile ortak bileşenleri göre üç alt-gruba ayrılmıştır: IL2Rγ ortak β ve gp130 (Şekil 1A). Bu reseptörlerin intrinsik protein tirozin kinaz aktivitesi yoktur. Ligand (sitokin) bağlanması reseptör dimerizasyonuna ve hücre içi sinyal başlatılmasına yol açar.
• Tip 2 sitokin reseptörlerinin (IFNR ailesi) alt ünitelerin ekstraselüler parçalarındaki sisteinleri korunmuştur. Hücre-dışı domainler aynı zamanda, bu sitokin reseptör ailesinin ardışık immünoglobülin benzeri bölgeleri özelliğine sahiptir. Bu reseptör alt-üniteleri de (Şekil 1 B 'de * ile belirtilmiştir) ayrıca tirozin kinaz aktivitesine sahiptir.

Kemokin reseptörleri tüm GTP bağlayıcı proteinler ile bağlantılı yedi transmembran segmentine sahiptir. Onlar seçici olarak belirli lenfosit popülasyonlarında eksprese edilirler ve bağlandıkları kemokin ailesine göre isimlendirilirler; CXCR ligandı gibi CXC kemokinlere bağlanırken CCR (CC reseptörü) ligandı gibi CC kemokinlere bağlanır (kemokinlerin adlandırma kuralı aşağıda tartışılacaktır).

Tüm aile üyelerinin sitokin bağlanma ve sinyal transdüsyonu fonksiyonlarında alt birimleri ortak olduğu için, bir sitokin reseptörü genellikle aynı aileden başka sitokine de yanıt verebilir. . Böylece, örneğin izole bir IL-2 eksikliği, diğer sitokinler (IL-15, IL-7, IL-9 vs) onun işlevini de yerine getireceğinden, olumsuz bir etkiye neden olmaz. Benzer şekilde, bir sitokin reseptörü alt-ünitesindeki bir mutasyon genellikle çok az bir etkiye sahiptir. Öte yandan, ortak alt birimdeki bir mutasyonun önemli etkileri vardır. Örneğin IL-2R gama alt-ünitesi genindeki bir mutasyon bir tam ya da tama yakın T ve B hücre bozuklukları ile karakterize insan X'e bağlı ağır kombine immün yetmezliği (XSCID)’ne neden olur.

Sitokinler hedef hücreler üzerindeki spesifik reseptörlerine yüksek afinite ile bağlanır ve hücreler sitokine yanıta göre:

• Sitokin salgılanan aynı hücre (otokrin)
• Yakındaki bir hücre (parakrin)
• Dolaşım aracılığıyla uzak bir hücre (endokrin)’dir. Sitokinlere hücresel yanıt genellikle yavaştır (saatler) çünkü yeni mRNA ve protein sentezini gerektirir.
   

SİTOKİN KATEGORİLERİ

Sitokinler fonksiyonlarına veya kaynağına göre farklı kategoriler halinde gruplandırılabilir ancak çok farklı hücreler tarafında üretilebilmeleri ve birçok farklı hücreyi etkileyebilmeleri nedeniyle sınıflandırma girişimlerinde sınırlamalar yaşanacağı akılda tutulmalıdır.

Doğal bağışıklığın mediatörleri (doğal bağışık yanıt)

Doğal bağışıklık sisteminde önemli rol oynayan sitokinler şunlardır: TNF-α, IL-1, IL-10, IL-12, tip I interferonlar (IFN-α ve IFN-β), IFN-γ, ve kemokinler.

TNF-α
Tümör nekroz faktör alfa mikroplara, özellikle Gram negatif bakterin lipopolisakkarid (LPS) 'lerine karşı yanıtta aktifleşmiş makrofajlar tarafından üretilirler. Akut inflamasyonda önemli bir aracıdır. Endotel hücrelerinin adezyon moleküllerini üretmek üzere uyararak ve sitokinler için kemotaktik olan kemokinleri üreterek enfeksiyon bölgelerine nötrofil ve makrofajların yapışmasına aracılık eder. TNF-α, aynı zamanda, ateş oluşumu için hipotalamusa etki eder ve akut faz protein üretimini kolaylaştırır.

IL-1
İnterlökin-1, aktive makrofajlar tarafından üretilen diğer bir enflamatuar sitokindir. Etkileri, TNF-α’ya benzer ve aynı zamanda T hücrelerinin aktive edilmesine yardımcı olur.

IL-10
İnterlökin 10, aktive edilmiş makrofajlar ve Th2 hücreleri tarafından üretilir. Bu ağırlıklı olarak inhibitör bir sitokindir. IFN-γ’nın Th1 hücreleri tarafından üretimini inhibe eder, böylece bağışık yanıtı Th2 tipe kaydırır. Aynı zamanda, aktive edilmiş makrofajlarda sitokin üretimini, sınıf II MHC ekspresyonunu ve makrofaj üzerindeki ko-stimulatör molekülleri inhibe eder, bu da immün yanıtta azalma ile sonuçlanır.

IL-12
İnterleukin 12 aktive edilmiş makrofajlar ve dendritik hücreler tarafından üretilir. IFN-γ üretimini ve Th hücrelerin Th1 hücrelere farklılaşmasını uyarmaktadır.. Buna ek olarak, Tc ve NK hücrelerinin sitolitik fonksiyonlarını artırır.

Tip I interferonlar
Tip I interferonlar (IFN-α ve IFN-β), birçok hücre türü tarafından üretilir ve hücrelerde viral replikasyonu inhibe etmede görev yaparlar. Ayrıca, hücrelerde CTL’ler ile öldürülmeye karşı onları daha hassas hale getiren sınıf I MHC moleküllerinin ifadesini arttırır. Tip I interferonlar ayrıca NK hücreleri aktive etmektedir.

INF-γ
İnterferon gama, daha düşük ölçüde Tc ve NK hücreleri tarafından da üretilebilse de, asıl olarak Th1 hücreler tarafından üretilen önemli bir sitokindir. Şekil 2'de de gösterildiği gibi, hem doğal hem de adaptif bağışıklık sistemde çok sayıda fonksiyona sahiptir.

Kemokinler
Kemokinler, birçok türden lökositler ve diğer hücre tipleri tarafından üretilen kemotaktik sitokinlerdir. Bunlar, enfeksiyon bölgelerine lökositleri yönlendiren ve hangi hücrenin epitelden geçip nereye gideceğini belirleyerek lenfosit trafiğinde rol oynayan büyük bir molekül ailesini temsil eder. Korunmuş sistein aralıklarına dayalı olarak dört kemokin ailesi vardır. Bir CXC yapısına (arasında farklı bir amino asit ile iki sistein) sahip α-kemokinler ve CC yapısına (iki komşu sistein) sahip β-kemokinler bunlara iki φrnektir. Baπύmsύz kemokinler(aynύ aile iηinde) genellikle birden fazla reseptφre baπlanύr.

 

Şekil 3
İnterlökin-2’nin immuno-regülatör davranışları
 

Şekil 4
T hücre proliferasyonu ve sitokinler. T hücreler sessiz durumdayken interlökin 2, 4 ve 7 gibi sitokinleri üretmez . Ya da yüksek miktarda reseptör eksprese etmez. IL-2 reseptörleri yoktur. T hücre aktivasyonu yüksek afiniteli IL-2 reseptörlerinin oluşumu, IL-2 ve IL-4 sentez ve sekresyonunun uyarılması ile sonuçlanır. Bunlar reseptörlerine bağlanır ve hücreler prolifere olur. İnterlökinlerle uyarılma azaldığında (örneğin antijen uyarımı azaldığında) reseptörler bozunur ve proliferasyon fazı sonlanır. Not: sitokinlerle stimulasyon parakrin ya da otokrin olabilir.
 

Kazanılmış immünitenin mediatörleri

Kazanılmış bağışıklık sistemde önemli rol oynayan sitokinler: IL-2, IL-4, IL-5, TGF-β, IL-10 ve IFN-γ’dır.

IL-2
IL-2, daha düşük düzeyde Tc hücreleri tarafından yapılabilse de Th hücreleri tarafından üretilir. T hücreleri için ana büyüme faktörüdür. Ayrıca Şekil 3 de gösterildiği gibi, B hücrelerinin büyümesini teşvik ededebilir, NK hücreleri ve monositleri aktive edebilir. IL-2 T hücreleri üzerinde otokrin etkilidir. T hücrelerinin aktivasyonu IL-2R ekspresyonu ve IL-2 üretimi ile sonuçlanır. IL-2, IL-R'ye bağlanır ve hücre bölünmesini teşvik eder. T hücrelerin antijen tarafından uyarılması bittiğinde, IL-2R sonunda azalır ve çoğalma fazı sona erer Şekil 4.

IL-4
İnterlökin 4 makrofajlar ve Th2 hücreleri tarafından üretilir. Naif Th hücrelerinin Th2 hücrelerinin dönüşümünü ve antikor yanıtın oluşması ile sonuçlanan farklılaşmış Th2 hücre büyümesini teşvik eder. Ayrıca, Ig sınıfının IgE izotipine anahtar çevirimini stimule eder.

IL-5
İnterlökin 5 Th2 hücreleri tarafından üretilir ve B hücrelerinin ve eozinofillerin büyümesini ve farklılaşmasını güçlendirmede rol oynar. Ayrıca, olgun eosinofilleri aktive eder.

TGF-β
Transforme edici büyüme faktörü beta, T hücreleri ve diğer hücre türü tarafından üretilir. Esas olarak inhibitör bir sitokindir. T hücrelerinin çoğalmasını ve makrofaj aktivasyonunu inhibe eder. Aynı zamanda, pro-enflamatuar sitokinlerin etkilerini, PMN ve endotelyal hücreleri üzerine etki ederek bloke edebilir.

Hematopoez stimulatörleri
Bazı sitokinler hematopoetik hücrelerin farklılaşmasını uyarır. Bunlar, kemik iliği öncüllerinin farklılaşmasını teşvik eden GM-CSF, öncül hücrelerin büyümesini ve monositler ve makrofajlara farklılaşmasını teşvik eden M-CSF ve PMN’lerin üretimini teşvik eden G-CSF’yi kapsar.

Interlökin 17
IL-17, yaklaşık 150 amino asit uzunluğunda bir proenflamatuar sitokindir. IL-17 ailesi, dizi homolojisini paylaşan ancak doku ekspresyonuyla farklılaşan altı üyeyi kapsar. IL-17, Th17 hücreler tarafından üretilir ve aşırı ekspresyonu multipl skleroz, romatoit artrit ve inflamatuar bağırsak hastalığı dahil olmak üzere otoimmün hastalıklarla ilişkilendirilmiştir.

 

Şekil 5a
Sitokin ağı. Lenfositler ve makrofajlar ile hipotalamus, adrenaller ve karaciğer arası iletişim.

Şekil 5b
Sitokin ağı. Lenfositler ve makrofajlar ile diğer hücreler ve dokular arası iletişim.

SİTOKİN AĞLARI

Çoğu araştırmanın odak noktası sitokinlerin üretimi ve bağışıklık sistemi hücreleri üzerine etkileri olmasına rağmen, çoğunun pek çok başka hücreleri ve organ sistemlerini etkilediği hatırda tutulmalıdır. Aslında sitokin ağı oldukça karmaşıktır ve birbirleri arasında örtüşen diziler ve ilişkili bağlantılar gösterirler. Bu ağ içinde, bir sitokin kendinin, diğer sitokinlerin veya sitokin reseptörlerinin (hem kendinin hem de diğer sitokinlerin reseptörlerinin) sentezini arttırabilir ya da suprese edebilir ve başka sitokinler ile antagonize edilebilir veya sinerji içinde olabilir.
Sitokin ağı içindeki bazı etkileşimlerin gösterildiği diyagram Şekil 5 a, b ve c'de sunulmaktadır.

 

Şekil 6
Antikorla regülasyon. Çözünür antikorlar antijen bağlamada hücre yüzey Ig ile yarışır(solda) ya da Fc reseptörlerine bağlanarak inhibitör sinyal oluşumuna yol açar (sağda)
 

İMMÜNOREGÜLASYON

Bir immün cevabının büyüklüğü, lenfositlerin antijen sunucu aktivasyonu ile cevabı önleyen ya da azaltan negatif regülatör etkiler arasındaki dengeyle belirlenir. Düzenleyici mekanizmalar, bir bağışıklık tepkisinin tanıma, aktivasyon veya efektör aşamasında rol oynayabilir. Daha önce tartışılan düzenleme örnek olarak şunları içerir:

• Ko-stimülasyon yokluğunda antijen tanıma anerjiyle sonuçlanır
• B7-CTLA-4 bağlanmasıyla antijenin tanınması T hücresi aktivasyonunun down-regülasyonu ile sonuçlanır
• Bağışıklık hücreleri üzerinde stimulatör ve inhibitör etkili sitokinler
• İdiyotipik/anti-idiyotipik etkileşimler bağışıklık yanıtının stimülasyon ya da inhibisyonuna neden olur
• Antijenle karşılaşma yolu ve dozu bir durumda korunmaya diğer bir durumda ise toleransa neden olan farklı Th yanıtlarını tetikleyebilir.

Bunlara ek olarak bağışiklık yanıtın regüle edilebileceği başka yollar da mevcuttur.

Antikorla regülasyon (Şekil 6)

Solübl antikorlar B hücreleri üzerindeki antijen reseptörleriyle yarışarak B hücresi aktivasyonunu önleyebilir ya da bloke edebilir. Buna ek olarak, antijen-antikor kompleksleri B hücreleri üzerindeki Fc reseptörlerine bağlanabilir ve B hücrelerine önleyici bir sinyal gönderebilir. Bu durumda düzenleme tanıma düzeyine gerçekleşir. Ayrıca, antijen-antikor kompleksleri B hücrelerine önleyici bir sinyal göndererek, B hücreleri üzerindeki Fc reseptörlerine bağlanabilir. Buradaysa düzenleme aktivasyon seviyesinde gerçekleşir.

Antikor ayrıca ASH için antijen kaynağını koruyarak aktivasyonu düzenleyebilir (arttırıcı yönde). Bu durumda, antikor komleman sistemi bağlayan ve aktive eden bir immun kompleks oluşturmak üzere antijeni bağlar. Kompleman aktivasyonu ASH üzerindeki kompleman reseptörüne bağlanmayı sağlar.

Sitokinlerle regülasyon

Sitokinler hem pozitif hem de negatif regülatörlerdir. Bunlar, immun cevabın birçok aşamasında rol alır, ancak aktivitesi efektör hücreleri üzerindeki reseptör ekspresyonu kadar aynı mikroçevrede sunulan diğer sitokinlere de bağlıdır. Sitokinler meydana gelen immün yanıtın tipini ve büyüklüğünü düzenler.

Regülatör T hücreleriyle düzenleme (Treg’ler)

Regülatör T hücreleri (Treg’ler) yakın zamanda tanımlanmış immun cevabı düzenleyici hücre popülasyonlarıdır. Onlar ilk T hücre aktivasyona engel olmak yerine, devam eden yanıtı inhibe ederek kronik ve muhtemelen zararlı yanıtları önlerler. Th1, Th2 veya TH17 hücrelerinin özelliklerini taşımazlar ancak hem Th1 hem de Th2 yanıtını baskılayabilir.

Doğal Treg oluşumu
Timus Treg olarak işlev gören CD4 +/ CD25 +/ Foxp3 + hücreleri meydana getirir. Bu Treg’ler hücresel temasa bağımlı bir yolla immun yanıtı baskılar ancak bu supresyon mekanizması henüz kanıtlanmamıştır.

İndüklenen Treg’ler
Periferde bazı T hücreleri Treg’lere dönüşmek üzere antijenlerle, IL-10 ve TGF-β2’den biri ile uyarılır. IL-10 ile indüklenen Treg’ler CD4+/CD25+/Foxp3 –‘tir ve Tr1 olarak anılırlar. Bu hücreler IL-10 salınımıyla immun yanıtı baskılarlar. TGF-β ile indüklenen Treg’ler CD4+/CD25+/Foxp3+’tir ve indüklenen Treg’ler olarak anılırlar. These cells suppress by secretion of TGF-β. Bu hücreler TGF-β salınımıyla baskılanırlar.

CD8 + Treg'ler
Bazı CD8 + hücreler, Treg hücresine dönüşmek üzere antijen ve IL-10 ile indüklenebilir. Bu hücreler, CD8 / Foxp3 +’tir ve hücresel temasa bağımlı bir mekanizma ya da sitokin salgılanmasıyla immünsistemi bastırırlar. Bu hücreler, in vitro olarak gösterilmiştir ama in vivo olarak mevcut olup olmadığı bilinmemektedir.

İmünoregülasyonu etkileyen genetik faktörler

MHC-bağlantılı genler enfeksiyon yanıtının kontrolüne yardımcı olurlar. Bazı HLA haplotipleri, yanıt oluşturan veya oluşturmayan bireylerin duyarlı veya dirençli olmasıyla ilişkilidir.

MHC dışı genler de ayrıca immunoregülasyona katılır. Makrofaj aktivitesi ile ilişkili olarak fagolizozoma nitrit (NO2-) taşınması ile ilgili bir taşıyıcı proteini, doğal direnç-ilişkili makrofaj proteini-1 (NRAMP1)’i, kodlayan gen buna bir örnektir. Bu gendeki polimorfizmler makrofajların aktivitesini değiştirebilir.

Yukarıda ele alındığı gibi sitokin, kemokin ve bunların reseptörleri immunregülasyona katılmaktadır. Başta reseptörler olmak üzere bunları kodlayan genlerdeki polimorfizmlerin, enfeksiyona duyarlılık ya da otoimmün hastalık oluşumuyla ilişkili olduğu gösterilmiştir.