Хеморепульсия - Chemorepulsion

Хеморепульсия это направленное движение клетки от вещества. Из двух направленных разновидностей хемотаксиса, химиотерапия изучен в гораздо большей степени. Только недавно были выяснены ключевые компоненты хеморепульсивного пути.[1] Точный механизм все еще исследуется, и его составляющие в настоящее время изучаются как вероятные кандидаты для иммунотерапии.[2]

Глоссарий по миграции клеток
• Хемотаксис Клеточная реакция на вещество окружающей среды с направленным движением.
• Хемокинез Клеточная реакция на вещество окружающей среды со случайным, не векторным движением.
• Химиоаттракция Направленное движение клеток к вещество
• Хеморепульсия Направленное движение клеток прочь из вещества
• Хемокины Секретируемые клеточные сигнальные белки, способные вызывать хемотаксис в соседних клетках.
• Иммунорепульсия Активное движение иммунные клетки вдали от вещества

История и этимология

Отталкивание нейтрофилов от хемокинетического агента

Механизм хеморепульсии иммунных клеток был впервые признан исследователями-медиками в Массачусетской больнице общего профиля в г. Бостон в начале 2002 г.[1] Это явление первоначально называлось «обратным хемотаксис, "и позже," fugetaxis "(производное от латинских слов Fugere, чтобы бежать от; и Таксис, движение).[1] Какое-то время эти слова использовались взаимозаменяемо, прежде чем были заменены почти исключительно на «хеморепульсион». В то время как «хеморепульсия» применяется ко всем типам клеток, термин «иммунорепульсия» набирает обороты как более конкретный термин, который применяется только к кроветворный типы клеток крови, которые участвуют в иммунных ответах. Различные типы клеток, к которым потенциально может применяться термин «иммунорепульсия», включают: Миелоидный клональные клетки (моноциты, макрофаги, нейтрофилы, базофилы, эозинофилы, эритроциты, тромбоциты, дендритные клетки ) и Лимфоидный клональные клетки (Т-клетки, В-клетки, NK-клетки ).

Роль в физиологических процессах

Хеморепульсия иммунных клеток была впервые постулирована. априори основанный на установленном миграционном поведении клеток, свидетельствующем о нескольких естественных физиологических процессах: развитии Центральная нервная система, создание иммунных привилегированных участков и эмиграция тимуса.

Развитие центральной нервной системы

Во время разработки Центральная нервная система, хемокинетические агенты влияют на локализацию нейрональных клеток путем привлечения или отталкивания растущих аксон.[3] Этот механизм контекстно-зависимой двунаправленности служит ценной моделью хеморепульсии, которую можно изучить. in vivo.[1] Кроме того, появляется все больше доказательств того, что хеморепульсия, вероятно, является ключевым механизмом, участвующим в регуляции подвижности лейкоцитов.[4] Многие хемопелленты, влияющие на миграцию нейрональных клеток, в том числе нетрины, семафорины, щелевые лиганды и эфрины недавно были вовлечены в подвижность иммунных клеток.[1] Например, было показано, что белок Slit, который опосредует хеморепульсию аксонов, ингибирует направленную миграцию лейкоцитов в ответ на хемоаттрактанты.[5] Другие факторы также могут оказывать химиопульсивное действие на иммунные клетки, и эти ингибирующие эффекты могут регулироваться тканевым микроокружением.

Сайты с иммунитетом

Некоторые ткани организма способны переносить антигены без воспалительного иммунного ответа.[6] Иммунная привилегия считается эволюционной адаптацией для защиты наиболее важных органов чувств и репродуктивных структур, которые в противном случае были бы серьезно нарушены во время воспалительной реакции.[7] Хотя эти места часто физически изолированы или отделены от доступа иммунных клеток, существуют некоторые функционально важные характеристики таких сред, которые уникальны и потенциально могут быть воспроизведены, чтобы держать иммунные клетки вдали от целевых областей. Известные иммунологически привилегированные сайты включают:

  1. Мозг и Центральная нервная система
  2. Глаза
  3. Плацента и плод
  4. Яички

При исследовании кандидатов на иммунорепульсионную терапию следует серьезно учитывать характеристики, характерные для иммунопривилегированных участков. Эти характеристики включают:

  1. Низкое выражение классического MHC Молекулы класса IA.
  2. Выражение иммунорегуляторного неклассического MHC Молекулы класса IB.
  3. Повышенная экспрессия поверхностных молекул, подавляющих дополнять активация.
  4. Местное производство иммунодепрессантов цитокины, Такие как TGF-β
  5. Присутствие нейропептиды.
  6. Выражение Fas лиганд который контролирует вход Fas-экспрессирующих лимфоидный клетки.

Тимическая эмиграция

Т-клетки являются одними из наиболее важных компонентов адаптивная иммунная система из-за их способности продолжать развиваться после активации.[8] Чтобы предотвратить преждевременное возбуждение, Т-клетки должны созревать в среде, полностью изолированной от любых потенциально активирующих факторов (антигены, цитокины, стероиды, рецептор антагонисты, молекулы адгезии и др.).[9] В результате Т-клетки образуются в Костный мозг а затем перейти на кора из вилочковая железа где они могут созревать в среде, свободной от антигенов. Тимус поддерживает дифференциацию множества различных подмножеств Т-клеток, которые играют уникальные роли в иммунной системе. Например, Т-помощник Т-цитотоксические клетки, Т-клетки памяти и Т-супрессоры развиваются в тимусе и должны покинуть его, чтобы обеспечивать свои функции в других частях тела во время иммунного ответа.[10] В пробирке модели Т-лимфопоэз показали, что эмиграция зрелых Т-клеток происходит в результате иммунорепульсии от хемокинетического агента, генерируемого внутри органа тимуса через Рецептор, связанный с G-белком.[11]

Роль в патологических процессах

Уклонение от вирусного и бактериального иммунитета

Патогены разработали различные стратегии уклонения, чтобы помешать мобилизации иммунных клеток хозяином, некоторые из которых имеют отношение к иммунному отталкиванию.[12] Например, некоторые микробы активно искать и заражать ткани с иммунитетом, в которых иммунный ответ не активен.[13] Другие производят иммуномодулирующие белки, которые мешают нормальному функционированию организма. иммунная система отклик.[14] Эти белки функционируют, модулируя элементы хозяина:

  1. Дополнение система и воспалительный отклик[15]
  2. Цитокин сеть[16]
  3. Антиген путь обработки и презентации[17]

Исторически активные центры иммуномодулирующих белков предлагали подходящие мишени для обычных иммунотерапевтических средств.[18] В нынешней парадигме эти цели также обладают потенциалом для инновационной иммунорепульсионной терапии.[1]

Уклонение от рака

Рак клетки используют хеморепульсию иммунных клеток, чтобы избежать распознавания и разрушения иммунными клетками.[19] Без целенаправленного иммунного ответа раковые клетки могут размножаться и даже метастазировать. Были проведены исследования, чтобы выяснить, какие хемокины секретируются опухолями, что позволяет им так старательно уклоняться от ответа.[20] Одно исследование показало, что высокая экспрессия SDF-1 отвечает за понижающее регулирование из MHC класс I молекулы, которые существенно мешают опухоли антиген признание.[21] Дальнейшие исследования высокой активности SDF-1 показывают, что опухоли в конечном итоге создают иммунный привилегированный участок за счет отталкивания опухолеспецифичных лимфоциты.[22]

Потенциально клинически значимый рак хемокины включают:

  1. Ил-8: Было обнаружено, что многие виды рака производят и экспрессируют IL-8. Связывание ИЛ-8 с CXCR1 и CXCR2 рецепторы были связаны с опухоль учреждение.[23]
  2. SDF-1: Другие виды рака экспрессируют высокие уровни SDF-1, который стимулирует рост опухоли и нарушает нормальный транспорт иммунных клеток.[24]

Фармакологическая значимость

Воспаление

Нейтрофилы являются важнейшими составляющими врожденной иммунной системы.

Воспаление является одним из первых ответов иммунной системы на инфекцию или раздражение. Ответ стимулируется химическими факторами, выделяемыми поврежденными клетками. Эти химические факторы вызывают все сопутствующие воспалительные симптомы, сенсибилизируя болевые рецепторы, вызывая расширение кровеносных сосудов на месте происшествия и привлекая фагоциты.[25]

Нейтрофилов первыми выходят на сцену, запускают другие части иммунной системы, высвобождая факторы для вызова других лейкоциты и лимфоциты. Другие врожденные лейкоциты включают: естественные клетки-киллеры, тучные клетки, эозинофилы, базофилы, макрофаги, и дендритные клетки. Эти клетки действуют согласованно, выявляя и уничтожая патогены, которые могут вызвать инфекцию.[25]

В качестве первых респондентов клетки врожденного иммунитета не могут позволить себе быть специфическими и должны реагировать на чужеродные вещества обычным образом.[26] Например, нейтрофилы содержат в своих гранулах токсичные вещества, которые убивают или препятствуют распространению патогенов. Клетки атакуют патогены, выделяя сильные окислители, включая пероксид водорода, свободные кислородные радикалы и гипохлорит.[25] Хотя атака эффективна против бактерий и грибков, ответная реакция может непреднамеренно нанести серьезный ущерб окружающей ткани хозяина. Нарушение регуляции клеток врожденного иммунитета играет ключевую роль в возникновении воспалительных состояний.

Хеморепульсия в настоящее время исследуется как практическая терапия для предотвращения или разрешения нежелательных воспалительных реакций. Хеморепеллент действует, передавая химические сигналы иммунные клетки которые инструктируют их покинуть или держаться подальше от целевой области или ткани, чтобы восстановить ткань до нормального состояния.

Отторжение трансплантата

Цель применения химиопульсионной терапии при трансплантация медицина должна обеспечить устойчивую невосприимчивость к конкретным местам для предотвращения отторжение трансплантата.[27] Современные методы лечения достигают контроля отторжения путем безудержного подавления иммунного ответа. При таком подходе любые преимущества, достигаемые иммуносупрессия преодолеваются за счет увеличения риска смерти пациента, оппортунистические инфекции. Если это возможно, конститутивная экспрессия хемопеллентов донорской тканью создаст индуцируемый иммунопривилегированный сайт для аллотрансплантат, и будет эффективным альтернативным лечением для предотвращения отторжения трансплантата.[28]

Механизм

Вдоль градиента PIP3 сигнальный путь высоко консервативен между D. discoideum и нейтрофилы человека

Хеморепульсия обеспечивается той же способностью определения градиента, которая управляет хемотаксис. Сигнал градиента хемокинетического агента передается через специфические рецепторы на поверхности клетки и передается через внутриклеточный аппарат для генерации направленного ответа. Ячейка движется вверх градиент хемоаттрактанта или по градиенту хеморепеллента. В добавление к аксон конусы роста, модельный организм Dictyostelium discoideum сыграл важную роль в определении механизмов, которые опосредуют хеморепульсию и иммунорепульсию.[29] Механизмы восприятия градиента и клеточного поляризация в D. discoideum замечательно консервативны в нейтрофилах человека.[30]

Двунаправленные решения

Направленный механизм принятия решений у нейтрофилов человека

Лейкоциты может проявлять активную химиопульсию вдали от фактора, который обычно считается стимулирующим хемоаттракцию, в зависимости от контекста.[31] Например, лимфоциты может уйти от высокой концентрации хемокин SDF-1 вместо того, чтобы быть привлеченным более низкой концентрацией того же фактора. Аналогичные результаты были получены для человека. нейтрофилы к хемокину Ил-8.[32]

• Направленное решение двигаться к хемокину или от него, по-видимому, определяется:
• Дифференциальный рецептор занятость
• Внутриклеточный киназа активация
• Циклический нуклеотид концентрации

Сигнальные пути

Аббревиатуры Легенда
• PI3K Фосфоинозитид-3-киназа
• ПЛК Фосфолипаза C
• лагерь Циклический аденозинмонофосфат, хемоаттрактант
• 8CPT-cAMP 8-пара-хлорфенилтио, хеморепеллент
• ИП-3 Инозитол трифосфат
• Pt dIns (3,4,5) P3 Фосфатидилинозитол (3,4,5) -трифосфат
• SDF-1 Фактор 1, полученный из стромальных клеток

В обоих D. discoideum и человек нейтрофилы, при переходе от хемоаттракции к хеморепульсии происходит изменение полярности.[33] Подтвержденные модели хемотаксиса наблюдались с использованием лагерь аналоги.[34] Во время опосредованного цАМФ хемоаттрактанта хемоаттрактант цАМФ активируется. PI3K на передний край наряду с локальной активацией малых GTPases Rac и Cdc42.[35] Это, в свою очередь, активирует ПЛК что приводит к генерации ИП-3, что приводит к потере PtdIns (4,5) P2 на передней кромке.[36] Хеморепеллент 8CPT-cAMP подавляет активность PLC и тем самым увеличивает Ptds (3,4,5) P3 накопление и активация PTEN. Таким образом, хеморепеллент меняет полярность сотрудников (3,4,5) П3 градиент и вызывает хеморепульсию. Недавние данные также указывают на роль PI5K и Ро сигнализация во время принятия решений и миграции.[37]

Ингибиторы

Полезные ингибиторы были исследованы в Т-клетки. Например, хемоаттрация Т-клеток в SDF-1 сдерживается тирозин киназа ингибиторы, генистеин и гербимицин.[38]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж Вианелло, Ф., Э. Риги и др. (2010). Методы количественного определения хемотаксиса и фугетаксиса лейкоцитов. Торговля Т-клетками. Ф. М. Марелли-Берг и С. Нуршар, Humana Press. 616: 115-124.
  2. ^ ИММУНОЛОГИЯ - ГЛАВА ПЕРВАЯ> ВНУТРЕННИЙ (НЕ СПЕЦИФИЧЕСКИЙ) ИММУНИТЕТ Джин Майер, Ph.D. Отдел иммунологии он-лайн микробиологии и иммунологии. Университет Южной Каролины.
  3. ^ Ву, Вт; и другие. (1999). «Направленное управление миграцией нейронов в обонятельной системе с помощью белковой щели». Природа. 400 (6742): 331–336. Дои:10.1038/22477. ЧВК  2041931. PMID  10432110.
  4. ^ Йоши, О (2000). «Роль хемокинов в торговле лимфоцитами и дендритными клетками». Int. J. Hematol. 72 (4): 399–407. PMID  11197204.
  5. ^ Wu, J.Y .; и другие. (2001). «Нейрональная репеллентная щель ингибирует хемотаксис лейкоцитов, вызванный хемотаксическими факторами». Природа. 410 (6831): 948–952. Дои:10.1038/35073616. ЧВК  2072862. PMID  11309622.
  6. ^ Streilein, JW (1993). «Иммунная привилегия как результат местных тканевых барьеров и иммуносупрессивных микросредств». Текущее мнение в иммунологии. 5 (3): 428–432. Дои:10.1016 / 0952-7915 (93) 90064-У. PMID  8347303.
  7. ^ Streilein, JW (1993). «Тканевые барьеры, иммуносупрессивные микросреды и привилегированные участки: взгляд глазами». Рег Иммунол. 5 (5): 253–268. PMID  8148235.
  8. ^ Metloubian, M .; и другие. (2004). «Выход лимфоцитов из тимуса и периферических лимфоидных органов зависит от рецептора 1 S1P». Природа. 427 (6972): 355–360. Дои:10.1038 / природа02284. PMID  14737169.
  9. ^ Уэно, Т .; и другие. (2002). «Роль лигандов CCR7 в эмиграции вновь образованных Т-лимфоцитов из тимуса новорожденного». Иммунитет. 16 (2): 205–218. Дои:10.1016 / S1074-7613 (02) 00267-4. PMID  11869682.
  10. ^ Chaffin, K.E .; Прелмуттер, Р.М. (1991). «Процесс, чувствительный к коклюшному токсину, контролирует эмиграцию тимоцитов». Евро. J. Immunol. 21 (10): 2565–2573. Дои:10.1002 / eji.1830211038. PMID  1655469.
  11. ^ Вианелло, Ф .; и другие. (2005). «CXCR4-зависимый хеморепеллентный сигнал способствует эмиграции зрелых одиночных положительных клеток CD4 из тимуса плода». Журнал иммунологии. 175 (8): 5115–5125. Дои:10.4049 / jimmunol.175.8.5115. PMID  16210615.
  12. ^ Ховард, Дж; и другие. (1998). «Молекулярная мимикрия белков модуляторов воспаления (IMP) поксвирусов: уклонение от воспалительного ответа для сохранения среды обитания вируса». Журнал биологии лейкоцитов. 64 (1): 68–71. Дои:10.1002 / jlb.64.1.68. PMID  9665277.
  13. ^ Фаррелл, HE; Дегли-Эспости, Дэвис-Пойнтер, штат Нью-Джерси (1999). «Цитомегаловирус уклонения от ответов естественных клеток-киллеров». Иммунологические обзоры. 168: 187–197. Дои:10.1111 / j.1600-065X.1999.tb01293.x.
  14. ^ Мерфи, PM (1994). «Молекулярное пиратство хемокиновых рецепторов герпесвирусами». Инфекционные агенты Dis. 3 (2): 137–164. PMID  7812652.
  15. ^ Котвал, GJ (2000). «Поксвирусная мимикрия компонентов системы комплемента и хемокинов: каков конец игры?». Иммунол сегодня. 21 (5): 242–248. Дои:10.1016 / S0167-5699 (00) 01606-6. PMID  10782056.
  16. ^ Мур, PS; и другие. (1996). «Молекулярная мимикрия человеческих цитокинов и генов цитокинового ответа на KSHV». Наука. 274 (5293): 1739–1744. Дои:10.1126 / science.274.5293.1739. PMID  8939871.
  17. ^ Fruh, K; и другие. (1999). «Сравнение вирусных иммунных стратегий ускользания, нацеленных на путь сборки MHC класса I». Иммунол Рев. 168: 157–166. Дои:10.1111 / j.1600-065X.1999.tb01290.x. PMID  10399072.
  18. ^ Милн, RS; и другие. (2000). «Связывание и подавление RANTES с помощью нового хемокинового рецептора перпесвируса-6 человека». Журнал иммунологии. 164 (5): 2396–2404. Дои:10.4049 / jimmunol.164.5.2396. PMID  10679075.
  19. ^ Номура, Т; и другие. (2001). «Повышение противоопухолевого иммунитета опухолевыми клетками, трансфицированными вторичным хемокином лимфоидной ткани, хемокином EBI-1-лигандом и генами хемокина альфа фактора-1, полученного из стромальных клеток». Int J Рак. 91 (5): 597–606. Дои:10.1002 / 1097-0215 ​​(200002) 9999: 9999 <:: AID-IJC1107> 3.0.CO; 2-J. PMID  11267967.
  20. ^ Ремпель, SA; и другие. (2000). «Идентификация и локализация цитокина SDF1 и его рецептора, хемокинового рецептора 4 CXC, в областях некроза и ангиогенеза в глиобластоме человека». Clin Cancer Res. 6 (1): 102–111. PMID  10656438.
  21. ^ Zou, W; и другие. (2001). «Фактор-1, производный стромы, в человеческих опухолях рекрутирует и изменяет функцию дендритных клеток-предшественников плазмацитоидов». Нат Мед. 7 (12): 1339–1346. Дои:10,1038 / нм1201-1339. PMID  11726975.
  22. ^ Барберо, S; и другие. (2003). «Фактор 1-альфа, полученный из стромальных клеток, стимулирует рост клеток глибластомы человека посредством активации как киназ 1/2, регулируемых внеклеточными сигналами, так и Akt». Рак Res. 63 (8): 1969–1974. PMID  12702590.
  23. ^ Балквилл, Ф (2004). «Рак и сеть хемокинов». Обзоры природы Рак. 4 (7): 540–550. Дои:10.1038 / nrc1388. PMID  15229479.
  24. ^ Стритер, RM (2001). «Хемокины: не только хемоаттрактанты лейкоцитов в развитии рака». Нат Иммунол. 2 (4): 285–286. Дои:10.1038/86286. PMID  11276195.
  25. ^ а б c Ствртинова, Вьера; Ян Якубовский и Иван Хулин (1995), «Воспаление и лихорадка от патофизиологии: принципы болезни», Вычислительный центр Словацкой академии наук: Academic Electronic Press
  26. ^ Альбертс, Брюс; Александр Джонсон, Джулиан Льюис, Мартин Рафф, Кейт Робертс и Питер Уолтерс (2002), «Молекулярная биология клетки; четвертое издание. Нью-Йорк и Лондон: Garland Science», »ISBN  0-8153-3218-1".
  27. ^ Head, JR; Биллингем Р. Э. (1985). «Иммунологически привилегированные центры в трансплантационной иммунологии и онкологии». Перспектива Биол Мед. 29 (1): 115–131. Дои:10.1353 / п.м.1985.0038. PMID  3906552.
  28. ^ Head, JR; Биллингем Р. Э. (1985). «Иммунная привилегия яичка: оценка потенциальных местных факторов для трансплантации». Трансплантация. 40 (3): 269–275. Дои:10.1097/00007890-198509000-00010. PMID  3898493.
  29. ^ Manahan, C.L .; и другие. (2004). «Передача сигналов хемоаттрактанта в Dictyostelium discoideum». Анну. Rev. Cell Dev. Биол. 20: 223–253. Дои:10.1146 / annurev.cellbio.20.011303.132633. PMID  15473840.
  30. ^ Уиллард, СС .; Девреотес, ПН (2006). «Сигнальные пути, обеспечивающие хемотаксис в социальной амебе, Dictyostelium discoideum». Евро. J. Cell Biol. 85 (9–10): 897–904. Дои:10.1016 / j.ejcb.2006.06.003. PMID  16962888.
  31. ^ Devreotes, P .; Джанетопулос, К. (2003). «Хемотаксис эукариот: различия между направленным зондированием и поляризацией». J. Biol. Chem. 278 (23): 20445–20448. Дои:10.1074 / jbc.R300010200. PMID  12672811.
  32. ^ Tharp, W.G .; и другие. (2006). «Хеморепульсия нейтрофилов в определенных градиентах интерлейкина-8 in vitro и in vivo». J. Leukoc. Биол. 79 (3): 539–554. Дои:10.1189 / jlb.0905516. PMID  16365152.
  33. ^ Бэкон, К. (1997). Анализ передачи сигнала после активации лимфоцитов хемокинами. Методы Энзимол. Методы в энзимологии. 288. С. 340–361. Дои:10.1016 / S0076-6879 (97) 88023-8. ISBN  978-0-12-182189-0.
  34. ^ Дастин, М.Л .; Чакрабортк, А. (2008). «Перетягивание каната у выхода». Иммунитет. 28 (1): 15–17. Дои:10.1016 / j.immuni.2008.01.001. ЧВК  2719829. PMID  18199414.
  35. ^ Heit, B .; и другие. (2002). «Внутриклеточная сигнальная иерархия определяет направление миграции в противоположных хемотаксических градиентах». J. Cell Biol. 159 (1): 91–102. Дои:10.1083 / jcb.200202114. ЧВК  2173486. PMID  12370241.
  36. ^ Арменгол, депутат; и другие. (2003). «Хемокины определяют локальный лимфонеогенез и снижение циркулирующих CXCR4 + T и CCR7 B и T лимфоцитов при аутоиммунных заболеваниях щитовидной железы». Журнал иммунологии. 170 (12): 6320–6328. Дои:10.4049 / jimmunol.170.12.6320. PMID  12794165.
  37. ^ Alblas, J .; и другие. (2001). «Активация RhoA и ROCK необходима для отделения мигрирующих лейкоцитов». Мол. Биол. Клетка. 12 (7): 2137–2145. Дои:10.1091 / mbc.12.7.2137. ЧВК  55668. PMID  11452009.
  38. ^ Фам,! .H .; и другие. (2008). «Передача сигналов рецептора S1P1 отменяет опосредованные удержанием рецепторы, связанные с G-альфа i, чтобы способствовать выходу Т-клеток». Иммунитет. 28 (1): 122–133. Дои:10.1016 / j.immuni.2007.11.017. ЧВК  2691390. PMID  18164221.

внешняя ссылка