04D - LA SENSIBILIZZAZIONE - LE CITOCHINE - LA FAMIGLIA DELL'INTERLEUCHINA 1


LE CITOCHINE DELLA FAMIGLIA


DELL’INTERLEUCHINA 1 o IL-1

di Vasco Bordignon

Sono secrete soprattutto nelle prime fasi della risposta immune da parte delle cellule dendritiche e dai monociti o macrofagi.

La secrezione di IL-1 viene stimolata quando i recettori della immunità innata riconoscono  antigeni di provenienza virale, parassitica o batterica.

I membri di questa famiglia sono in generale pro-infiammatori, aumentando la permeabilità dei capillari nella sede della secrezione citochinica,  amplificando la migrazione leucocitaria all’interno del tessuto infetto.

In più, l’IL-1 ha degli effetti sull’intero organismo inviando segnali al fegato per produrre le proteine della fase acuta, come gli Interferoni di tipo I (IFN α e β), IL-6, e la chemochina CXCL8.

Queste proteine inducono anche molteplici effetti protettivi, comprendendo la distruzione dell’RNA virale e l’insorgenza di una risposta febbrile sistemica (atta ad eliminare i ceppi batterici sensibili alle alte temperature).

IL-1 attiva pure sia i B che i T linfociti per indurli ad una risposta immune adattativa.


CITOCHINE DELLA FAMIGLIA IL-1

I membri più rappresentativi sono  IL-1α e IL-1β, entrambi sintetizzati come precursori di 31 kDa, chiamati pro-IL-1α e pro-IL-1β.  

Pro-IL-1α è biologicamente attivo e spesso legato alla membrana cellulare, mentre Pro-IL-1β, per poter funzionare come molecola solubile matura, necessita di un particolare trattamento.

Sia Pro-IL-1α che Pro-IL-1β vengono trasformati nella loro forma attiva di 17kDa dall’enzima proteolitico caspasi-1* all’interno delle cellule secernenti. La caspasi-1 attiva si trova localizzata in un complesso costituito da un insieme di proteine chiamato inflammasoma*.

(*caspasi-1 fa parte del gruppo delle caspasi, cioè di proteasi* con cisteina nel sito attivo. Le caspasi possono scindere varie proteine dopo un residuo di acido aspartico. Alcune caspasi sono essenziali nel processo apoptosico cellulare, altre come la caspasi-1, -4 e -5 sono coinvolte nella maturazione di citochine)

(*proteasi indica un enzima capace di catalizzare la scissione del legame peptidico tra il gruppo amminico (-NH2) e il gruppo carbossilico (-COOH) di sequenze aminoacidiche proteiche)

(*inflammasoma rappresenta l’insieme di complessi ad alto peso molecolare derivati  dall’assemblamento di un tipo particolare di PRR intracellulari  chiamati NLR (NOD-like receptors. Tali inflammasomi controllano la maturazione e la secrezione di interleuchine come IL-18 e IL-1β)

NB. di PRR e NLR ne parleremo nel lavoro sulle cellule dentritiche.

Altri membri di questa famiglia sono  IL-18 e IL-33

IL-18 è molto vicino a IL-1, usa la stessa famiglia di recettori ed ha una simile funzione.

Come IL-1, IL-18 viene espresso da monociti, macrofagi e cellule dendritiche e viene secreto nella fasi iniziali della risposta immune.

IL-33, invece, è principalmente espresso nei muscoli lisci e nell’epitelio bronchiale e la sua espressione nei polmoni e nei fibroblasti cutanei può essere indotta da IL-1β e TNF-α.

IL-33 è stato dimostrato indurre citochine TH2, promuovendo l’interazione dei T linfociti con i B linfociti, mastociti ed eosinofili.

IL-33 è stato pure implicato nella patologia di malattie quali l’asma e malattie infiammatorie respiratorie e intestinali.

Due ulteriori membri di questa famiglia agiscono come inibitori naturali dell’attività della famiglia di IL-1,  e sono  IL-1Ra* e IL-18BP*.

(*IL-1Ra : IL-1 Receptor antagonist)

(*IL-18BP : IL-18 Binding Protein)

La proteina solubile IL-1Ra si lega al recettore IL-1RI,  e impedisce l’interazione con la sua catena recettoriale associata, IL-1RAcP*, e quindi lo rende incapace di trasdurre il segnale all’interno della cellula. IL-1Ra, pertanto, agisce come un ligando antagonista dell’IL-1.

(*IL-1RAcP : IL-1 Receptor Accessory Protein)

IL-18BP adotta una diversa strategia di inibizione,  in quanto si lega all’IL-18 in soluzione e previene quindi che IL-18  interagisca efficacemente con il suo recettore.  L’effetto inibitorio della IL-18BP viene accentuato da un ulteriore legame con IL-1F7.


I RECETTORI DELLA FAMIGLIA IL-1

Comprendono i recettori per IL-1, IL-18 e IL-33.  Entrambe le forme dell’IL-1 – IL-1α e IL-1β - si legano agli stessi recettori e mediano  le stesse risposte.

Si conoscono due diversi recettori per l’IL-1, ed entrambi fanno parte della superfamiglia proteica delle immunoglobuline.

Solo il tipo I IL-1R (IL-1RI), espresso su molti tipi cellulari, è in grado di trasdurre il segnale; il tipo II IL-1R (IL-1RII) è limitato ai B linfociti ed è inattivo.

Per un completo funzionamento del tipo I IL-1R si richiede la presenza della proteina accessoria di interazione, IL-1RAcP.

 Si sottolinea che le catene di entrambi i recettori IL-1RI e IL-1RII e anche la proteina accessoria del recettore IL-1RAcP  esistono sia in forma solubile che in forma legata alla membrana. Tuttavia un segnale completo viene trasmesso soltanto dalla forma dimerica legata alla membrana dell’IL-1RI e IL-1RAcP

Le forme legate alla membrana e le forme solubili dell’ IL-1che si legano alle proteine, in alternativa, possono assorbire l’eccesso di citochina, ma non sono in grado di trasdurre il segnale citochinico.  In tal modo secernendo più o meno questi recettori inattivi, in tempi diversi della risposta immune, l’organismo ha la possibilità di ottimizzare il segnale della citochina consentendo ai recettori solubili e inattivi di competere con i recettori che trasducono il segnale della citochina disponibile. Questo tema trova importanti risvolti in altre famiglie recettoriali del sistema immune, e appare rappresentare  frequentemente una evoluta strategia  per controllare  l’entità, la potenza dei segnali dai quali possono derivare importanti sviluppi.


Il recettore per l’ IL-18 è pure un etero-dimero, costituito da IL-18Rα e IL-18Rβ.

IL-33 viene riconosciuto dal IL-1RAcP in combinazione con un recente nuovo recettore proteico variamente chiamato T1/ST-2 o IL-1RL1*.  Come per IL-1, esistono recettori inibitori per IL-33.

(IL-1RL1 : Interleukin 1 Receptor-Like 1)


LA VIA DI SEGNALAZIONE DA PARTE DEI RECETTORI DELL’IL-1

CITOCH_-_patway__IL-1_FAMIGLIA

via di segnalazione dei membri della famiglia dell'Interleuchina 1 (da Kuby, Immunology, 2013, mod.)

Un efficace legame del ligando con la porzione extracellulare del recettore dell’IL-1 induce una modificazione strutturale in seno al suo dominio citoplasmatico. Tale alterazione strutturale nel recettore porta ad una serie di successivi eventi del percorso di segnalazione.

IL-1, legandosi al suo recettore, induce una alterazione conformazionale nel dominio del recettore Toll-IL-1R (TIR*)  consentendo il legame della proteina adattatrice MyD88*.

[TIR = Toll/Interleukin-1-Receptor]

[MyD88 = Myeloid Differentiation primary response gene 88 (è una proteina che nell’uomo è codificata dal gene MYD88)]

Con il legame della proteina adattatrice MyD88 al recettore occupato, si ha il reclutamento del complesso recettoriale di uno o più membri della famiglia proteica delle chinasi attivate del recettore dell’IL-1 (IRAK*).

[IRAK = IL-1 Receptor Activated Kinasi]

Una di queste, IRAK-4,  si attiva per autofosforilazione e fosforila i suoi compagni IRAKs, con il risultato di siti di legame per il fattore 6 associato al recettore del TNF (TRAF6)*,  il quale è associato a un complesso ubiquitina-ligasi* capace di generare catene di poli-ubiquitina*.

[TRAF6 = TNF Receptor Associated Factor 6]

[L’UBIQUITINA è un polipeptide di 76 aminoacidi, altamente conservato in tutte le specie. Nelle cellule è un marcatore di proteine da degradare attraverso il proteasoma*. La sua attivazione si realizza attraverso il suo legame con l’enzima E1 (Enzima attivatore dell’ubiquitina). Quindi viene trasferita nell’enzima E2 (Enzima coniugatore dell’ubiquitina) , dal quale può passare alla proteina bersaglio oppure, come avviene nella maggior parte dei casi, ad un ulteriore enzima E3 (ubiquitina-ligasi) che catalizza l’attacco al polipeptide da degradare]

[UBIQUITINAZIONE è il termine con il quale ci si riferisce alla modificazione che avviene in una proteina dovuta al legame covalente di una o più monomeri di ubiquitina]

[POLI-UBIQUITINAZIONE è il processo attraverso cui una catena di almeno quattro ubiquitine si legano alla lisina di una proteina bersaglio. Tale processo induce di solito la degradazione della proteina stessa all’interno del proteasoma. Esistono anche processi di MONO-UBIQUITINAZIONE quando si genera il legame di una singola molecola di ubiquitina ad un substrato. La mono-ubiquitinazione è associata a processi di segnalazione cellulare]

[PROTEASOMA è un complesso multiproteico che ha il compito di degradare polipeptidi all’interno della cellula]

Il complesso IRAK-TRAF6 ora si dissocia dal suo complesso recettoriale  e interagisce con un complesso citosolico  preformato costituito da TAK1*  e da due proteine che si legano con TAK1, cioè TABs 1 e 2* .  Questo complesso viene attivato dal legame di  catene poli-ubiquitine alle proteine TAB  all’interno di  questo  complesso.

 [TAK1 = TGFβ-Associated Kinase 1]

[TAB 1 e 2 = TAK-1 Binding ]

A questo punto  il complesso TAK1 svolge due funzioni:

1-fosforila e attiva il complesso IKK*, portando alla distruzione di IkB* e alla risultante attivazione del fattore di trascrizione NF-kB*.

In aggiunta, TRAF6 gioca un ruolo nella attivazione di IKK  fornendo siti di ubiquitazione ai quali il componente NEMO* del IKK può legarsi, risultando una sua ulteriore attivazione.

2-attiva a valle membri della cascata delle MAPK*,  che  poi attivano il fattore di trascrizione API-1*.

[IkB (Inhibitor of NF-kB) rappresenta la proteina citoplasmatica inibitoria complessata con NF-kB, che può essere IkBα, o –β, o –ε.]

[IKK  (IkB Kinase) è un complesso enzimatico, cuore della cascata NF-kB.  Questo complesso è essenzialmente costituito da due chinasi (IKKα e IKKβ) e da una subunità regolatoria chiamata NEMO/Ikkγ o solo NEMO (NF-k-B essential modulator) o solo IKKγ (Inhibitor of nuclear factor kappa-B kinase subunit gamma)]

[NF-kB  (Nuclear Factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells) rappresenta una famiglia di fattori di trascrizione che di norma sono mantenuti inattivi nel citoplasma attraverso interazioni con molecole inibitorie della famiglia IkB. In risposta a diversi stimoli quali citochine infiammatorie, prodotti batterici o virali, o vari tipi di stress, si attivano le IKK , che rappresentano le chinasi specifiche per IkB, in quanto fosforilano IkBα promuovendo la reazione di poli-ubiquitinazione sulle lisine e quindi la rapida degradazione di IkB. Come conseguenza di ciò, NF-kB libero entra nel nucleo e attiva la trascrizione di una varietà di geni che partecipano alla risposta immune e infiammatoria, alla adesione cellulare, al controllo dell’accrescimento  cellulare e protezione contro la apoptosi.] 

[Vari stimoli, quali fattori di crescita, citochine, infezioni virali o batteriche , stress fisici e chimici (come detto sopra per la via NF-kB) attivano la cascata delle MAPK (mitogen activated protein  kinase) (già considerate nel file delle chemochine), le quali inducono l’attività di AP-1 (Activator protein 1), fattore di trascrizione che regola l’espressione di vari geni che controllano vari processi cellulari, quali differenziazione, proliferazione e apopotosi.] 

Il legame delle citochine della famiglia IL-1 ai loro recettori porta quindi ad una alterazione totale dei modelli di trascrizione delle cellule coinvolte, risultandone una sovraregolazione delle citochine proinfiammatorie e delle molecole di adesione.


Principali Fonti Documentali : fare riferimento al file "La sensibilizzazione.  I segnali cellulari: Recettore e Ligando".