Kalcineurín (CaN) je bielkovinová fosfatáza, ktorá hrá dôležitú úlohu pri aktivácii imunitný systém T buniek, ale je aktívny aj v iných vápnik-sprostredkované signálne dráhy v celom tele. Defosforyláciou proteínu NF-AT tento enzým iniciuje sériu gen prepisy, ktoré sú primárne zodpovedné za charakteristickú prácu T-lymfocyty. Vďaka tejto kľúčovej pozícii je kalcineurín východiskovým bodom niekoľkých terapeutických postupov pre imunosupresiu.
Čo je to kalcineurín?
Štruktúrovaný enzým je zložený z dvoch podjednotiek: kalcineurín A (približne 60 kDa) poskytuje katalytickú funkciu a nesie jedno väzbové miesto pre kalmodulín, zatiaľ čo kalcineurín B (približne 19 kDa) je regulačne aktívny a má dve vápnik miesta viažuce ióny. V základnom stave je CaN neaktívny, pretože časť proteínu blokuje aktívne miesto - toto je známe ako autoinhibícia. Viazanie vápnik-aktivovaný kalmodulín a ióny vápnika sú potrebné na úplnú aktiváciu. Ako fosfatáza je kalcineurín priradený k číslu EC 3.1.3.16, ktoré zahŕňa tieto látky enzýmy ktoré katalyzujú hydrolytickú defosforyláciu serínových a treonínových zvyškov iných proteíny.
Funkcia, činnosť a roly
Miesto väzby na substrát enzýmu je selektívne predovšetkým pre NF-ATc (nukleárny faktor aktivovaných T-buniek, cytosolický). Tento transkripčný faktor je prítomný v cytoplazme lymfocyty. V základnom stave je NF-Atc fosforylovaný a teda neaktívny. Úloha kalcineurínu v imunitnej odpovedi začína prijatím antigénu - napr. Vírusu, baktérie alebo zložiek degenerovaných buniek - bunkou imunitný systém (monocyty, makrofágy, dendritické bunky a B bunky). Táto látka sa potom spracuje a prezentuje na povrchu bunky. Po kontakte buniek prezentujúcich antigén s receptorom T buniek T buniek sa iniciuje signálna kaskáda. Tieto extracelulárne stimuly zvyšujú vápnik koncentrácie v cele. Dochádza k väzbe vápnikových iónov na CaN B, ktorá štrukturálnou zmenou proteínu uvoľňuje autoinhibičnú doménu CaN A a sprostredkuje väzbu kalmodulínu na CaN A. Týmto sa kalcineurín stáva plne katalyticky aktívnym a defosforyluje oblasť bohatú na serín (SRR) v amino koniec NF-ATc. To má za následok konformačnú zmenu NF-ATc, v dôsledku ktorej je transkripčný faktor transportovaný do jadra. Tam spúšťa transkripciu niekoľkých génov, ktoré sú okrem iného zodpovedné za produkciu interleukínov, ako je IL-2. IL-2 tiež zaisťuje aktiváciu pomocných buniek T a syntézu cytokínov, čím riadi prácu cytotoxických T buniek. Zatiaľ čo pomocné bunky usmerňujú iné lymfocyty v imunitnej reakcii - napríklad dozrievaním B buniek na plazmatické bunky alebo Pamäť bunky a aktivácia fagocytov - cytotoxické T bunky sú zodpovedné za deštrukciu infikovaných alebo degenerovaných somatických buniek. Pretože túto cestu nie je možné sledovať bez kalcineurínu, enzým hrá kľúčovú úlohu v imunitnej reakcii. Iný cieľ proteíny enzýmu sú proteín viažuci sa na prvok cAMP (CREB) s vplyvom napr. na nervový systém a vnútorné hodiny a faktor 2 zvyšujúci hladinu myocytov (MEF2), ktorý je čiastočne zodpovedný za diferenciáciu buniek počas embryonálneho vývoja a hrá úlohu v stres odpoveď niektorých tkanív u dospelých.
Vznik, výskyt, vlastnosti a optimálne úrovne
Existujú rôzne izoformy dvoch podjednotiek (CaN A: 3 izoformy, CaN B: 2 izoformy), z ktorých niektoré sú vyjadrené odlišne v závislosti od oblasti tela. Vyniká najmä CaN A γ, ktorý sa nachádza výlučne v semenníku a je do neho zapojený spermie dozrievanie tam. Napriek svojej významnej úlohe v imunitný systém a nervymožno predpokladať, že kalcineurín sa nachádza takmer vo všetkých tkanivách. Regulácia nejde ani tak o zvýšenie alebo zníženie syntézy, ako o inhibítor kalcineurínu CAIN. To zabraňuje napríklad defosforylácii NF-AT. Regulácia negatívnej spätnej väzby pomocou RCAN1 zaisťuje, že sa nevytvárajú nadmerné cytosolické koncentrácie CaN. V tomto procese sa aktivovaný (defosforylovaný) NF-AT viaže na gen promótor RCAN1 v jadre, čím spúšťa transkripciu. Výsledný RCAN1 sa viaže na CaN a inhibuje jeho aktivitu.
Choroby a poruchy
Kalcineurín je aktívnym cieľom inhibítorov kalcineurínu, ako je cyklosporín, pimekrolimusa takrolimus. Inhibícia fosfatázového pôsobenia CaN spôsobuje imunosupresiu, ktorá je žiaduca napríklad po transplantácia orgánov znížiť pravdepodobnosť odmietnutia alebo v autoimunitné ochorenia na boj proti zápalovým procesom. Inhibítory CaN sa teda používajú aj na liečenie reumatoidných chorôb. V súčasnosti sa skúmajú ďalšie prístupy k liečbe tuberkulóza infekcie, schizofrénie a cukrovka. Výlučný výskyt CaN A γ v semenníku naznačuje možnú úlohu vo vývoji antikoncepčné. V prípadoch srdcových hypertrofia zahŕňajúci dráhu CaN-NA-FT, rozvoju hypertrofie by sa dalo zabrániť pomocou správa inhibítorov CaN. Ľudia s Downov syndróm mať tri 21 chromozómy namiesto obvyklých dvoch, ktoré kódujú proteín inhibujúci kalcineurín. Tento inhibítor zabraňuje kalcineurínu v interakcii s bunkami krv plavidlá a spustenie procesov šírenia. To je obzvlášť dôležité v prípade nádorov, pretože zabezpečujú ich krv dodávky cez kalcineurín, okrem iného. Zasahovanie v tomto bode môže preto účinne zabrániť progresii rakovina. Napríklad oveľa nižší výskyt nádorov sa vyskytuje u ľudí s Downov syndróma dúfame, že cielená inhibícia tohto procesu poskytne výhody v boji proti rakovina v budúcnosti. V poslednej dobe tiež pribúdajú dôkazy o tom, že veková dysregulácia kalcineurínu môže tiež hrať úlohu pri vývoji neuronálnych ochorení, ako sú napr. Alzheimerova choroba choroba. Výskum signálnych dráh, do ktorých je zapojený enzým, odhaľuje na biochemickej mape čoraz viac bielych škvŕn. Zároveň to otvára nádej, že pomocou tohto kľúčového proteínu bude možné v budúcnosti lepšie porozumieť a liečiť rôzne choroby.
