Calcineurin

Calcineurin (Umětje proteinová fosfatáza, která hraje důležitou roli při aktivaci T buněk imunitního systému, ale je také aktivní v jiných signálních drahách zprostředkovaných vápníkem v těle. Defosforylací NF-AT proteinu tento enzym iniciuje řadu genových transkripcí, které jsou hlavně zodpovědné za charakteristickou práci T lymfocytů. Díky této klíčové poloze je kalcineurin výchozím bodem pro několik terapeutických metod imunosuprese.

Co je kalcineurin?

Enzym se skládá ze dvou podjednotek: Calcineurin A (přibližně 60 kDa) se stará o katalytickou funkci a má vazebné místo pro kalmodulin, zatímco kalcineurin B (přibližně 19 kDa) je regulačně aktivní a má dvě vazebná místa pro ionty vápníku.

Ve svém základním stavu je CaN neaktivní, protože část proteinu blokuje aktivní centrum - to se nazývá autoinhibice. Pro úplnou aktivaci je nutná vazba kalmodulinu aktivovaného vápníkem a iontů vápníku. Jako fosfatáza je kalcineurin přiděleno EC číslo 3.1.3.16, které zahrnuje ty enzymy, které katalyzují hydrolytickou defosforylaci zbytků serinu a threoninu jiných proteinů.

Funkce, efekt a úkoly

Vazebné místo enzymu je zvláště selektivní pro NF-ATc (jaderný faktor aktivovaných T-buněk, cytosolický). Tento transkripční faktor se nachází v buněčné plazmě lymfocytů. V základním stavu je NF-Atc fosforylovaný a proto neaktivní.

Role kalcineurinu v imunitní odpovědi začíná vychytáváním antigenu - např. viru, bakterii nebo složkám degenerovaných buněk - buňkou imunitního systému (monocyty, makrofágy, dendritické buňky a B buňky). Tato látka je poté zpracována a prezentována na povrchu buňky.

Když buňky prezentující antigen přicházejí do styku s T-buněčným receptorem T-buněk, je spuštěna signální kaskáda. Tyto extracelulární stimuly zvyšují koncentraci vápníku v buňce. Vápníkové ionty se vážou na CaN B, který změnou struktury proteinu rozpustí autoinhibiční doménu CaN A a zprostředkovává vazbu kalmodulinu na CaN A. Díky tomu je kalcineurin plně katalyticky aktivní a defosforyluje oblast bohatou na seriny (SRR) na aminovém konci NF-ATc. To má za následek konformační změnu NF-ATc, v důsledku čehož je transkripční faktor transportován do buněčného jádra. Tam spouští transkripci několika genů, které jsou mimo jiné odpovědné za produkci interleukinů, jako je IL-2.

IL-2 také zajišťuje aktivaci pomocných T lymfocytů a syntézu cytokinů, čímž řídí práci cytotoxických T buněk. Zatímco pomocné buňky kontrolují jiné lymfocyty v imunitní odpovědi - např. zrání B buněk na plazmatické buňky nebo paměťové buňky a aktivace fagocytů - cytotoxické T buňky jsou zodpovědné za destrukci infikovaných nebo degenerovaných buněk v těle. Protože tuto cestu nelze sledovat bez kalcineurinu, hraje enzym klíčovou roli v imunitní odpovědi.

Dalšími cílovými proteiny enzymu jsou proteiny vázající se na cAMP odpověď element (CREB) s vlivem např. na nervový systém a vnitřní hodiny a faktor 2 na zvýšení hladiny myocytů (MEF2), který je částečně zodpovědný za diferenciaci buněk v embryonálním vývoji a hraje roli v stresové reakci některých tkání u dospělých.

Vzdělávání, výskyt, vlastnosti a optimální hodnoty

Existují různé izoformy obou podjednotek (izoformy CaN A: 3, izoformy CaN B: 2), z nichž některé jsou exprimovány odlišně v závislosti na oblasti těla. Zejména vyniká CaN Aγ, který se vyskytuje výhradně ve varlatech a podílí se zde na zrání semen. Přes důležitou roli, kterou hraje v imunitním systému a nervech, lze předpokládat, že kalcineurin se nachází téměř ve všech tkáních. Regulace probíhá méně prostřednictvím zvýšení nebo snížení syntézy, ale prostřednictvím inhibitoru kalcineurinu CAIN. To zabraňuje např. defosforylace NF-AT.

Negativní zpětná vazba pomocí RCAN1 zajišťuje, že nedochází k nadměrně vysoké cytosolické koncentraci CaN. Aktivovaný (defosforylovaný) NF-AT se váže na genový promotor RCAN1 v buněčném jádru a tím spouští transkripci. Výsledný RCAN1 se váže na CaN a inhibuje jeho aktivitu.

Nemoci a poruchy

Kalcineurin je cílem inhibitorů kalcineurinu, jako je Cyklosporin, pimekrolimus a takrolimus. Inhibicí fosfatázového účinku CaN je způsobena imunosuprese, která např. po transplantacích orgánů, aby se snížila pravděpodobnost odmítnutí nebo u autoimunitních chorob k boji proti zánětlivým procesům.

Inhibitory CaN se tedy také používají k léčení nemocí ze skupiny revmatoidů. Dalšími přístupy, které se v současné době zkoumají, jsou boj proti tuberkulóze, schizofrénii a cukrovce. Výlučná přítomnost CaN A γ ve varlatech znamená možnou roli ve vývoji antikoncepčních prostředků. V případech srdeční hypertrofie, ve které je zapojena signální dráha CaN-NA-FT, by se rozvoji hypertrofie mohlo zabránit podáváním inhibitorů CaN.

Lidé s Downovým syndromem mají místo obvyklých dvou tři 21 chromozomů, které kódují protein inhibující kalcineurin. Tento inhibitor brání kalcineurinu v interakci s buňkami krevních cév a v nich vyvolává proliferační procesy. Tato skutečnost je zvláště důležitá v případě nádorů, protože tyto mimo jiné zajišťují jejich zásobování krví kalcineurinem. Zásah v tomto bodě může účinně zabránit progresi rakoviny. Takže můžete najít např. výrazně nižší výskyt nádorů u lidí s Downovým syndromem a doufá, že cílená inhibice tohoto procesu v budoucnu poskytne výhody v boji proti rakovině.

V poslední době také roste důkaz, že dysregulace kalcineurinu závislá na věku by mohla také hrát roli při vývoji neuronálních onemocnění, jako je Alzheimerova choroba. Výzkum signálních drah, ve kterých se enzym podílí, odhaluje stále více bílých skvrn na biochemické mapě. Současně to otevírá naději, že pomocí tohoto klíčového proteinu budeme v budoucnosti schopni lépe porozumět a léčit řadu různých nemocí.