Zytokine und Zytokinrezeptoren

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Leander Arnim Schmidt
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1 Zytokine und Zytokinrezeptoren

2 Kommunikationssysteme im Körper: Nervensystem: sehr schnell lange Reichweite genau lokalisierte Wirkung geringe Redundanz Hormone: mittelschnell lange Reichweite meist systemische Wirkung geringe Redundanz Insulin? IL-1, IL-6, TNF-α? Oberflächenmoleküle: langsam bis sehr schnell sehr kurze Reichweite genau lokalisierte Wirkung meist hohe Redundanz TNF- Familie: TRAIL FasL CD40L? Zytokine: mittelschnell kurze Reichweite meist lokalisierte Wirkung meist hohe Redundanz

3 Eigenschaften der Zytokine Polypeptide / kleine Proteine (Molmasse meist unter 30 kda) Monomer oder homooligomer, ganz selten heterooligomer (IL12) werden (meist) nur bei akutem Bedarf produziert (no baseline) kurze Halbwertzeit geringe Reichweite Binden außerordentlich spezifisch an ihre Rezeptoren Bindungskonstante: (vergl.: Antikörper Antigen: MHC Peptid: ~10-6 ) die wirksame Konzentration ist sehr niedrig!

4 Aufbau eines Zytokins Signal-Peptidase AS Signal-Peptid > 70 AS von Makrophagen: z.b. TNF, IL1 polare Aminosäuren ohne Signal-Peptid: z.b. IL-1, FGF, CNTF hydrophobe Aminosäuren pro-sequenz: macht 3 D Faltung Aktives Zytokin

5 Zytokinstrukturen: Jelly-Roll: TNF-Familie: TNF-α,β FasL CD40L TRAIL Trimere meist: -membranständig -proapoptotisch Hämatopoietine: Monomer: IL-2, 3,4,6,7,9,13, u.a. Dimer: IL-5,10, IFN-γ proliferationsfördernd Funktionell ähnlich den Hämatopoietinen: Proligerationsfördernd

6 Cystinknoten: TGFβ, NGF, PDGF u.v.a. (>50) Als inaktive Proform sezerniert, im Sauren proteolytisch gespalten Können durch Bindung an Trägerproteine weiter stabilisiert werden proliferationshemmend Chemokine: 2 Cystinreste: CC oder CXC ~ 6-8 kda chemotaktisch

7 Zytokin-Rezeptor-Klassen A B C Klasse 1 Hämatopoietin- Rezeptoren gemeinsames gp130 - IL-6, IL-11, Erythropoietin gemeinsame β-kette -IL-3, IL-5, GM-CSF gemeinsame γ-kette - IL-2, IL-4, IL-7, IL-9, IL-15, IL-21 Klasse 2 Interferon-Rezeptoren und IL-10 Klasse 3 TNF-Rezeptoren Klasse 4 Chemokin- Rezeptoren Klasse 5 Rezeptorkinasen -Wachstumsfaktoren Rezeptor-Tyrosin-Kinasen - Insulin, EGF, NGF, PDGF Rezeptor-Serin-Threonin-Kinasen - TGF-ß

8 TGF-beta: der potente Wachstumsinhibitor TGF-beta gibt es in 5 Isoformen (70-80% homolog), nicht verwandt mit TGF-alpha!! TGF-beta-1 ist identisch in Mensch, Affe, Schwein, Rind und Huhn, in der Maus ist eine einzige Aminosäure anders! Die Isoformen unterscheiden sich hauptsächlich in ihrer Expression, kaum in ihrer Funktion Immunologische Funktionen: Gegenspieler von IL-2: inhibiert die Proliferation von T-Zellen (auch Tumor infiltrating Lymphocytes!) Inhibiert die Proliferation und Maturation von B-Zellen Inhibiert die Proliferation und Aktivität von NK-Zellen Deaktiviert Makrophagen Inhibiert die Expression von MHC II Inhibiert Proliferation und Aktivation von Mikroglia Potentes chemoattractant für Neutrophile

9 TGF-beta Dimerization Proteolytic cleavage and associat. with latent TGF binding protein Sezerniert, aber membrangeb.: Latentes (= inaktives) TGF Acid activation Release of mature TGF Der TGF-beta-Rezeptor ist ein Serin-Threonin-Kinase-Rezeptor

10 IL-2: von T-Zellen für T-Zellen IL-2 ist ein Proliferationsfaktor für jede T-Zelle! TH1 Zellen exprimieren IL-2 nach Antigenerkennung (= Aktivierung) ruhende T-Zellen exprimieren nur die β und γ Kette des IL-2 Rezeptors geringe IL-2 Affinität. nach Antigenerkennung wird auch die α Kette exprimiert hohe IL-2 Affinität. NK und TC Zellen zeigen nach Zugabe von IL-2 zytotoxische Aktivität

11 LFA-1 ICAM1 CD 28 CD 28 OX 40 CD 80 CD 86 OX 40L CD4 + Zellen: TH1-TH2 Differenzierung: DC DC IL18 TH1 TH2 IFNγ IL4 IL2 IL12

12 Die Zytokine der T-Helfer Zellen (CD4+): TNF-β IFN-γ activiert Macrophagen IFN-γ IL-4, IL-10 TGF-β IFN-γ, IL-5 und IL-6 unterstützen die Differenzierung von T-Zellen zu zytotoxischen T-Zellen IL-5 induziert Differenzierung von Eosinophilen

13 Zytokin induzierte Antikörperproduktion activate complement Does not activate complement

14 Zytokine und intrazelluläre Bakterien IL-12, IL-18 IFNg IL-10, IL-4 MO inos NO CD40L TH 1 inos TH 2 inos MO CD40 IFN-g, TNF-β IL-10, IL-4 IL-10 IL-4 B

15 Die Zytokine der CD8+ T-Zellen CD8+ T-Zelle IFN-γ (TNF-α) TNF-β Perforin Granzym B Perforin-Pore Caspase 8 Fas-Ligand Apoptose Fas FADD Ziel-Zelle

16 Interferone Typ-1-Interferone: IFN - alpha, beta, delta, omega und tau IFN-alpha: 23 versch. Isoformen!! IFN-alpha, beta und omega binden an denselben, ubiquitären Rezeptor Typ-2-Interferon: IFN - gamma produziert von aktivierten T- und NK-Zellen Rezeptoren auf allen Zellen außer Erythrozyten Allgemeine Aktivitäten: Antiviral Inhibition viraler DNA Replikation Protektion uninfizierter Zellen Antiproliferativ Immunmodulatorisch Regulation von Zytokinexpression Aktivation von Makrophagen Aktivation von NK- und T-Zellen Regulation von B-Zell Aktivität Hochregulation der MHC-2-Expression

17 Der Interferon-γ - Rezeptor

18 Proinflammatorische Zytokine Auftreten bei: - Autoimmunerkrankungen -Neoplasie -Infektion -Septikämie - Tschernobyl

19 IL-1 und IL-6: vielseitige Interleukine Produziert in Reaktion auf: IL-1 bakterielle Endotoxine Viren, Mitogene Diverse Zytokine (IFN, TNF, u.a.) IL-6 bakterielle Endotoxine Viren, Mitogene Diverse Zytokine (IL-1, IFN,TNF, u.a.) Produziert von: Monozyten aktivierten Makrophagen neutrophilen Granulozyten diversen Endothel- und Epithelzellen Leukozyten, u.a. aktivierten Monozyten Makrophagen Fibroblasten Endothelzellen Leukozyten, u.v.a. Immunologische Funktionen, LOKAL!: Stimulation von T-Helfer Zellen (TH1) Proliferation von B-Zellen, IL-Synthese Proliferation / Aktivation von NK-Zellen Proliferation von Astroglia, Mikroglia, Thymozyten Adhäsion: ICAM, ELAM, u.a. Aktiviert Langerhans Zellen dendritischen Zellen Chemotaktisch für Leukozyten (Neutrophile!) Stimulation von cytotoxischen T-Zellen Differenzierung und Maturation von B- Zellen, Antikörperproduktion Proliferation von Thymozyten Maturation von Megakaryozyten

20 IL-1 und seine Rezeptoren T-Zelle B-Zelle IL-1RI IL-1RII IL-1RAcP IL-1α IL-1β IL-1Ra

21 IL-6 Rezeptor-Familie gp130 P P P P P Jak P STAT3

22 TNF: tödlich für Tumore und Menschen! Produziert von aktivierten T-Zellen, aktivierten NK-Zellen, Makrophagen, Monozyten, B-Zellen, u.a. Induziert durch: IFN, IL-2, GM-CSF, Immunkomplexe, u.a. 2 Formen: TNF-α und TNF-β binden an denselben Rezeptor zeigen dieselbe biologische Aktivität TNF-α kommt auch membranständig vor, wird durch die Metalloprotease TACE (= ADAM 17) abgeschnitten TNF-Rezeptoren gibt es auf allen kernhaltigen Zellen! Theorie: p55, mit DD, (generell) Apoptose p75, ohne DD, (T-,B-Zellen), bindet eher membranständiges TNF Aktivation Oder: beide Rezeptoren arbeiten zusammen Apoptose Aktiviert Makrophagen und neutrophile Granulozyten Chemotaktisch für Neutrophile Induziert IL-1, IL-6 und IFN Gram-negative Sepsis: Septic Shock Syndrome

23 Die TNF-Familie bisher 19 Mitglieder TNF-β und VEGI kommen nur in gelöster Form vor 8 Mitglieder kommen sowohl membrangebunden als auch in löslicher Form vor (u.a. TNF-α und FasL) Alle anderen sind ausschließlich membrangebunden! Proliferation CD40L: Auf TH-Zellen: B-Zell Proliferation Immunglobulin Klassenwechsel Apoptose FasL: Auf TC-Zellen und NK-Zellen Lösliches FasL blockiert Apoptose! CD30L: Auf TH-Zellen Proliferation von aktivierten T-Zellen TRAIL: Auf immaturen NK-Zellen u.v.a.: Tumorapoptose! 4-1BBL: Auf reifen und aktivierten T-Zellen: Monozytenaktivierung Co-Stimulation von TC-Zellen

24 TNF Rezeptor-Familie Cystein-reiche Domäne TNFR1 TNFR2 DD DD DD OPG TNFR1s DCR3 Decoy-Rezeptoren DCR1 DD DD DCR2 DD

25 ELR CXC C C C CXC C Chemokine -wenig kd - viel Homologie (20-90%) Alpha-Chemokine: Auf Chromosom 4q12-21 Monozyten Dendritische Zellen NK-Zellen T-und B-Zellen Basophile Eosinophile ELR-Zytokine: z.b. IL-8 Neutrophile Keine Makrophagen! C CC C Beta-Chemokine: Auf Chromosom 17q11-32 Monozyten Dendritische Zellen NK-Zellen T-und B-Zellen Basophile Eosinophile Bevorzugt Makrophagen! Können NK-Zellen aktivieren Delta-Chemokine = Fraktalkine membranständig (auf Neuronen): hauptsächlich Glia-Zellen lösliche Form (von APCs und Endothelzellen): T-Zellen, NK- Zellen, Monozyten C C Gamma-Chemokine: T-und B-Zellen CX 3 C C C Mucin like Domäne Zytoplasm. Domäne

26 Chemokin-Rezeptoren NH 2 binden häufig verschiedene Cytokine, aber entweder CC- oder CXC-spezifisch exprimiert nach Stimulation, nicht konstitutiv! COOH G-Protein Binden außerdem: Geruchsstoffe Hormone Neurotransmitter

27 Model für Leukozyten-Migration Step 1: Rolling; selectin and integrin mediated Step 2: Chemokine-mediated arrest Step 3: Endothelial transmigration Step 4: Chemokine-mediated cell accumulation

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