CYTOKINES: CARACTÉRISTIQUES, TYPES, FONCTIONS, EXEMPLES - LA BIOLOGIE - 2025

La cytokine ou les cytokines sont des protéines ou des glycoprotéines solubles de signalisation produit par plusieurs types de cellules dans le corps, en particulier des cellules du système immunitaire comme les leucocytes: les neutrophiles, les monocytes, les macrophages et les lymphocytes (cellules B et cellules T).

Contrairement à d'autres facteurs de liaison aux récepteurs spécifiques qui déclenchent des cascades de signalisation longues et complexes qui impliquent souvent des séquences de protéines kinases (la voie cyclique de l'AMP, par exemple), les cytokines exercent des effets plus directs.

Structure de la cytokine humaine recombinante connue sous le nom d'interféron alpha (Source: Nevit Dilmen via Wikimedia Commons)

Ces facteurs solubles se lient à des récepteurs qui activent directement les protéines qui ont des fonctions directes dans la transcription génique, car ils sont capables de pénétrer dans le noyau et de stimuler la transcription d'un ensemble spécifique de gènes.

Les premières cytokines ont été découvertes il y a plus de 60 ans. Cependant, la caractérisation moléculaire de bon nombre d'entre eux a été assez tardive. Le facteur de croissance neurale, l'interféron et l'interleukine 1 (IL-1) ont été les premières cytokines à être décrites.

Le nom «cytokine» est un terme général, mais dans la littérature des distinctions sont faites concernant la cellule qui les produit. Ainsi, il existe des lymphokines (produites par des lymphocytes), des monokines (produites par des monocytes), des interleukines (produites par un leucocyte et agissant sur d'autres leucocytes), etc.

Ils sont particulièrement abondants chez les animaux vertébrés, mais leur existence a été déterminée chez certains invertébrés. Dans le corps d'un mammifère, par exemple, ils peuvent avoir des fonctions additives, synergiques, antagonistes, ou ils peuvent même s'activer mutuellement.

Ils peuvent avoir une action autocrine, c'est-à-dire qu'ils agissent sur la même cellule qui les produit; ou paracrine, ce qui signifie qu'elles sont produites par un type de cellules et agissent sur les autres autour d'elles.

Caractéristiques et structure

Toutes les cytokines sont "pléiotropes", c'est-à-dire qu'elles ont plus d'une fonction dans plus d'un type de cellule. En effet, les récepteurs qui répondent à ces protéines sont exprimés dans de nombreux types de cellules.

Il a été déterminé qu'il existe une certaine redondance fonctionnelle entre plusieurs d'entre eux, puisque plusieurs types de cytokines peuvent avoir des effets biologiques convergents, et il a été suggéré que cela est lié aux similitudes de séquence dans leurs récepteurs.

Comme beaucoup de messagers dans les processus de signalisation cellulaire, les cytokines ont des actions puissantes à de très faibles concentrations, si faibles qu'elles peuvent être dans la gamme nanomolaire et femtomolaire grâce au fait que leurs récepteurs leur sont extrêmement liés.

Certaines cytokines agissent dans le cadre d'une «cascade» de cytokines. Autrement dit, il est courant pour eux d'agir en synergie et leur régulation dépend souvent d'autres cytokines inhibitrices et de facteurs régulateurs supplémentaires.

Expression des gènes codant pour les cytokines

Certaines cytokines proviennent de gènes d'expression constitutive car, par exemple, il est nécessaire de maintenir des taux hématopoïétiques constants.

Certaines de ces protéines à expression constitutive sont l'érythropoïétine, l'interleukine 6 (IL-6) et certains facteurs de stimulation de la croissance des colonies cellulaires qui contribuent à la différenciation de nombreux globules blancs.

D'autres cytokines sont pré-synthétisées et stockées sous forme de granules cytosoliques, de protéines membranaires ou complexées avec des protéines de liaison à la surface cellulaire ou à la matrice extracellulaire.

De nombreux stimuli moléculaires régulent positivement l'expression des gènes codant pour les cytokines. Certaines de ces molécules augmentent l'expression génique d'autres cytokines, et il y en a aussi beaucoup qui ont des fonctions inhibitrices qui limitent l'action d'autres cytokines.

Contrôle par traitement

La fonction des cytokines est également contrôlée par le traitement des formes précurseurs de ces protéines. Beaucoup d'entre eux sont initialement produits sous forme de protéines membranaires actives intégrales qui nécessitent un clivage protéolytique pour devenir des facteurs solubles.

Des exemples de cytokines sous ce type de contrôle de production sont le facteur de croissance épidermique EGF (de l'anglais «E pidermal G rowth F actor»), le facteur de croissance de la tumeur TGF (de l'anglais «T umoral G rowth F actor»), le l'interleukine 1β (IL-1β) et le facteur de nécrose tumorale TNFα (de l'anglais "Tumor N ecrosis F actor").

D'autres cytokines sont sécrétées sous forme de précurseurs inactifs qui doivent être traités enzymatiquement pour s'activer et certaines des enzymes responsables de ce traitement de certaines cytokines impliquent des protéines de la famille des cystéine protéases caspases.

Aperçu structurel

Les cytokines peuvent avoir des poids très variables, à tel point que l'intervalle a été défini entre environ 6 kDa et 70 kDa.

Ces protéines ont des structures très variables, pouvant être constituées de barils d'hélices alpha, de structures complexes de feuillets pliés β parallèles ou antiparallèles, etc.

Les types

Il existe plusieurs types de familles de cytokines et leur nombre ne cesse de croître au vu de la grande diversité de protéines aux fonctions et caractéristiques similaires qui sont découvertes chaque jour dans le monde scientifique.

Sa nomenclature est loin de toute relation systématique, puisque son identification a été basée sur différents paramètres: son origine, le bioessai initial qui l'a défini et ses fonctions, entre autres.

Le consensus actuel pour la classification des cytokines est essentiellement basé sur la structure de leurs protéines réceptrices, qui sont contenues dans un petit nombre de familles aux caractéristiques hautement conservées. Ainsi, il existe six familles de récepteurs de cytokines qui sont regroupées selon les similitudes dans la séquence de leurs portions cytosoliques:

1. Récepteurs de type I (récepteurs de l'hématopoïétine): comprennent les cytokines interleukine 6R et 12 R (IL-6R et IL-12R) et d'autres facteurs impliqués dans la stimulation de la formation de colonies cellulaires. Ils ont leur effet sur l'activation des cellules B et T.
2. Récepteurs de type II (récepteurs d'interféron): ces cytokines ont des fonctions antivirales et les récepteurs sont liés à la protéine fibronectine.
3. Récepteurs TNF (Tumor Necrosis Factor, anglais "T umor N ecrosis F actor"): ce sont des cytokines "pro-inflammatoires" parmi lesquelles figurent des facteurs connus sous le nom de p55 TNFR, CD30, CD27, DR3, DR4 et autres.
4. Récepteurs de type Toll / IL-1: Cette famille abrite de nombreuses interleukines pro-inflammatoires et ses récepteurs ont généralement des régions riches en répétitions de leucine dans leurs segments extracellulaires.
5. Récepteurs de la tyrosine kinase: dans cette famille, il existe de nombreuses cytokines ayant des fonctions de facteurs de croissance tels que les facteurs de croissance tumorale (TGF) et d'autres protéines qui favorisent la formation de colonies cellulaires.
6. Récepteurs de chimiokines: les cytokines de cette famille ont des fonctions essentiellement chimiotactiques et leurs récepteurs ont plus de 6 segments transmembranaires.

Les récepteurs des cytokines peuvent être solubles ou liés à la membrane. Les récepteurs solubles peuvent réguler l'activité de ces protéines en agissant comme agonistes ou antagonistes dans le processus de signalisation.

De nombreuses cytokines utilisent des récepteurs solubles, y compris divers types d'interleukines (IL), des facteurs de croissance neuronale (NGF), des facteurs de croissance tumorale (TGF) et autres.

Caractéristiques

Il est important de se rappeler que les cytokines fonctionnent comme des messagers chimiques entre les cellules, mais pas exactement comme des effecteurs moléculaires, puisqu'elles sont nécessaires pour activer ou inhiber la fonction d'effecteurs spécifiques.

L'une des caractéristiques fonctionnelles «unificatrices» des cytokines est leur participation à la défense de l'organisme, qui se résume en «régulation du système immunitaire», ce qui est particulièrement important pour les mammifères et de nombreux autres animaux.

Ils participent au contrôle du développement hématopoïétique, aux processus de communication intercellulaire et aux réponses de l'organisme contre les agents infectieux et les stimuli inflammatoires.

Comme on les trouve normalement à de faibles concentrations, la quantification de la concentration de cytokines dans les tissus ou les fluides corporels est utilisée comme biomarqueur pour la prédiction de la progression des maladies et le suivi des effets des médicaments administrés aux patients. patients malades.

En général, ils sont utilisés comme marqueurs de maladies inflammatoires, notamment les rejets d'implants, la maladie d'Alzheimer, l'asthme, l'artériosclérose, le cancer du côlon et d'autres cancers en général, la dépression, certaines maladies cardiaques et virales, la maladie de Parkinson, septicémie, lésions hépatiques, etc.

Où les trouve-t-on?

La plupart des cytokines sont sécrétées par les cellules. D'autres peuvent être exprimés dans la membrane plasmique et il y en a qui restent dans ce qui pourrait être considéré comme une «réserve» dans l'espace compris par la matrice extracellulaire.

Comment travaillent-ils?

Les cytokines, comme mentionné, ont des effets in vivo qui dépendent de l'environnement dans lequel elles se trouvent. Son action se produit à travers des cascades de signalisation et des réseaux d'interaction qui impliquent d'autres cytokines et d'autres facteurs de nature chimique différente.

Ils participent généralement à l'interaction avec un récepteur qui a une protéine cible qui est activée ou inhibée après son association, qui a la capacité d'agir directement ou indirectement comme facteur transcriptionnel sur des gènes particuliers.

Exemples de certaines cytokines

IL-1 ou interleukine 1

Il est également connu sous le nom de facteur d'activation des lymphocytes (LAF), de pyrogène endogène (EP), de médiateur endogène des leucocytes (EML), de cataboline ou de facteur cellulaire mononucléaire (MCF).

Il a de nombreuses fonctions biologiques sur de nombreux types de cellules, notamment les cellules B, T et les monocytes. Il induit une hypotension, de la fièvre, une perte de poids et d'autres réactions. Il est sécrété par les monocytes, les macrophages tissulaires, les cellules de Langerhans, les cellules dendritiques, les cellules lymphoïdes et bien d'autres.

IL-3

Il a d'autres noms tels que le facteur de croissance des mastocytes (MCGF), le facteur de stimulation de colonies multiples (multi-CSF), le facteur de croissance des cellules hématopoïétiques (HCGF), et d'autres.

Il a des fonctions importantes en stimulant la formation de colonies d'érythrocytes, de mégacaryocytes, de neutrophiles, d'éosinophiles, de basophiles, de mastocytes et d'autres cellules de lignées monocytaires.

Il est synthétisé principalement par les lymphocytes T activés, les mastocytes et les éosinophiles.

Angiostatine

Il est dérivé du plasminogène et est une cytokine inhibitrice de l'angiogenèse, qui lui confère des fonctions de bloqueur puissant de la néovascularisation et de la croissance des métastases tumorales in vivo. Il est généré par le clivage protéolytique du plasminogène médié par la présence de cancers.

Facteur de croissance épidermique

Il agit en stimulant la croissance des cellules épithéliales, accélère l'émergence des dents et l'ouverture des yeux chez la souris. De plus, il agit pour inhiber la sécrétion d'acide gastrique et participe à la cicatrisation des plaies.

Références

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