Главная страница

Struktura białka CTLA-4 (CD152)

CTLA-4 (ang. cytotoxic T cell antigen 4, także: CD152, cluster of differentiation 152, inne synonimy: CELIAC3, GRD4, GSE, IDDM12) – białko kodowane przez gen CTLA4, u człowieka znajdujący się na chromosomie 2 w lokacji 2q33[1]. CTLA-4 pojawia się na powierzchni limfocytów T aktywowanych w wyniku kontaktu z antygenem i działa hamująco na dalszą odpowiedź limfocytu. W ten sposób CTLA-4 stanowi sygnał ujemnego sprzężenia zwrotnego w swoistej odpowiedzi odpornościowej, nie dopuszczając do jej nadmiernego rozwoju. Ligandami dla CTLA-4 są, występujące na powierzchni komórek prezentujących antygen, cząsteczki CD80 i CD86[2][3].

Struktura

Powstawanie błonowej, niezależnej od ligandów oraz rozpuszczalnej formy CTLA-4 na skutek translacji alternatywnie składanych transkryptów.

CTLA-4 został zidentyfikowany w bibliotece cDNA mysich limfocytów T cytotoksycznych w 1987 roku. Na podstawie analizy sekwencji nukelotydowych oraz przewidywanej sekwencji aminokwasowej odkrywcy zaklasyfikowali CTLA-4 do białek nadrodziny immunoglobulin[4]. Ludzki gen CTLA-4 zawiera 4 egzony[1]. Wykazano silne podobieństwo sekwencji nukleotydowej i aminokwasowej CTLA-4 do CD28, innego białka szeroko występującego na limfocytach T. Zarówno u myszy, jak i u człowieka obydwa geny znajdują się na tym samym chromosomie i w bezpośrednim sąsiedztwie, co wskazuje na pochodzenie od wspólnego genu, który uległ duplikacji[5]. Zgodnie z wnioskami wynikającymi z analizy sekwencji, model struktury mysiego CTLA-4 opublikowany na bazie badań krystlograficznych w 2000 roku wskazuje, że białko to należy do nadrodziny immunoglobulin i posiada topologię części zmiennej[6].

CTLA-4 występuje w formie homodimeru, przy czym podjednostki są połączone mostkiem siarczkowym między cysteinami 120 obydwu łańcuchów. Forma monomeryczna ma zdolność do wiązania ligandów, ale nie powoduje uaktywnienia szlaków sygnałowych[7][6]. Nietypową cechą dimeru CTLA-4, rzadko spotykaną w innych polimerycznych białkach jest fakt, że miejsca wiązania ligandów znajdują się nie na styku dwóch podjednostek, formując pojedyncze miejsce wiążące, ale w znacznym oddaleniu od siebie. Pozwala to na wiązanie dwóch identycznych lub takich samych ligandów przez jeden dimer CTLA-4, a w konsekwencji na tworzenie w błonie komórkowej polimerycznych struktur CTLA-4 na przemian z CD80/CD86 w formie zamka błyskawicznego[8][2][3].

Poza opisaną powyżej typową cząsteczką CTLA-4 występuje także forma białka niezdolna do wiązania CD80/CD86 o nazwie liCTLA-4 (ang. ligand-independent CTLA-4). Powstaje ona na skutek translacji alternatywnego transkryptu, który nie posiada egzonu 2, zawierającego motyw MYPPPY rozpoznający ligandy. Taka cząsteczka wciąż jednak zachowuje funkcję inhibitora aktywacji limfocytów[9]. Z kolei transkrypty wykazujące brak egzonu 3 (kodującego fragment transbłonowy) umożliwiają produkcję rozpuszczalnej formy CTLA-4 (sCTLA-4, z ang. soluble)[10].

Ekspresja

Typowa forma CTLA-4, zdolna do wiązania ligandów, nie występuje na dziewiczych limfocytach T, pojawia się natomiast po pobudzeniu limfocytu przez antygen[4] w obecności sygnału kostymulującego biegnącego od cząsteczki CD28. Z tego względu ekspresja CTLA-4 widoczna jest na limfocytach wykazujących obecność CD28[11]. Powierzchniowa forma CTLA-4 w warunkach homeostazy nie występuje na limfocytach B, może się jednak pojawiać w wyniku aktywacji tych komórek przez produkty bakteryjne i cytokiny[8] lub w wyniku kontaktu z aktywowanymi limfocytami T[12]. Rozpuszczalna forma CTLA-4 jest produkowana zarówno przez limfocyty T, jak i limfocyty B[10]. Poza limfocytami CTLA-4 może występować również na komórkach dendrytycznych[13][14].

Funkcja i mechanizm działania

CTLA-4 działa przede wszystkim jako cząsteczka hamująca aktywację limfocytów T[15], stanowiąc tym samym sygnał negatywnego sprzężenia zwrotnego odpowiedzi odpornościowej. Z jednej strony ekspresja CTLA-4 jest pobudzana w wyniku stymulacji kompleksu TCR/CD3[11][16], z drugiej natomiast akumulacja cząsteczek CTLA-4 w obrębie synapsy immunologicznej jest wprost proporcjonalna do siły sygnału TCR[17]. Funkcja CTLA-4 uwidacznia się także w przypadku indukcji tolerancji pokarmowej, gdyż blokowanie CTLA-4 nie pozwala na jej uzyskanie[18]. Hamujące znaczenie CTLA-4, szczególnie w przypadku sygnałów indukowanych przez CD28, widoczne jest u myszy posiadających uszkodzony, niefunkcjonalny gen CTLA-4: zwierzęta te giną w 2–3 tygodniu życia na skutek niekontrolowanego podziału limfocytów (syndrom limfoproliferacyjny), co prowadzi do masywnego zapalenia w większości narządów[19][20]. CTLA-4 występujący na limfocytach B hamuje przełączanie klas i produkcję przeciwciał[8][21].

Mechanizm molekularny hamującego działania CTLA-4.

Molekularne mechanizmy inhibitorowego działania CTLA-4 opierają się na następujących zjawiskach:

  • Współzawodnictwo o ligandy z CD28. W tym wypadku istotną rolę odgrywa fakt, że zarówno CTLA-4 jak i CD28 wiążą te same cząsteczki[2][3], jednak powinowactwo CD28 do CD80 i CD86 jest niższe, niż powinowactwo CTLA-4. Prowadzi to do wyłączania CD28 z kompleksów z ligandami, a tym samym obniża poziom sygnału aktywującego limfocyty, a mechanizm ten odgrywa istotną rolę zarówno w przypadku formy błonowej CTLA-4, jak i formy rozpuszczalnej[22][23].
  • Hamowanie sygnału biegnącego kompleksu TCR/CD3. Wewnątrzkomórkowy fragment CTLA-4 zawiera motyw aminokwasowy YVKM zdolny do wiązania fosfatazy SHP2[24], chociaż prawdopodobnie wiązanie tego enzymu zachodzi nie bezpośrednio, ale za pośrednictwem innej kinazy, PI3K[25]. SHP-2 odpowiada m.in. za hamowanie fosfolipazy C gamma uruchamianej przez CD3. Rekrutacja kinazy SHP2 nie jest jednak niezbędna do hamującego działania CTLA-4[26][27]. Ponadto sygnał od TCR może być hamowany przez inną fosfatazę, PP2A, również wiążącą się z CTLA-4[28].
  • Hamowanie sygnału kostymulującego CD28. Fosfataza PP2A ma zdolność do hamowania produkcji IL-2 stymulowanej przez CD28[29] poprzez blokowanie kinazy kinazy Akt[30].
  • Modyfikacja szlaków kinaz MAP uruchamianych przez TCR, np. wzmocnieniue szlaku JNK przy jednoczesnym hamowaniu szlaku ERK[31].
  • Hamowanie cyklu komórkowego. Sygnał biegnący od CTLA-4 powoduje, że w limfocytach T dochodzi do zmian ekspresji białek odpowiedzialnych za kontrolę cyklu komórkowego i w konsekwencji do spowolnionego przechodzenia komórek z fazy G1 do fazy S[32].
  • W limfocytach B ligacja CTLA-4 powoduje blokowanie szlaków NF-kB oraz STAT[8].

Znaczenie CTLA-4 w medycynie

CTLA-4 jako białko hamujące odpowiedź odpornościową może odgrywać dwojaką rolę w procesach chorobowych:

  • jego niedobór lub dysfunkcja prowadzi do utraty kontroli nad limfocytami i rozwoju chorób o podłożu zapalnym
  • większona ekspresja może prowadzić do immunosupresji.

Choroby nowotworowe

Rozwój nowotworów jest zwykle powiązany z wyciszeniem funkcji odpornościowych[33][34]. Zgodnie z tymi obserwacjami opisano związek pomiędzy wysoką ekspresją CTLA-4 na leukocytach a chorobami nowotworowymi, np. rakiem krtani[35], mięsakiem Ewinga[36], rakiem wątrobowokomórkowym[37][14], rakiem prostaty[38], rakiem płuc[39] i innymi. Szczególnie istotna jest ekspresja CTLA-4 na limfocytach Treg[37][35][40][41] oraz lifocytach CD8+[38]. Z kolei powiązanie polimorfizm genu CTLA4 z pewnymi chorobami nowotworowymi wskazuje, że pewne odmiany tego genu mogą być czynnikami ryzyka w przypadku np. raka jamy ustnej[42], raka szyjki macicy[43] czy raka płuc[44].

Choroby autoimmunizacyjne

Niższa ekspresja CTLA-4 na powierzchni limfocytów T została zaobserwowana w przypadku niektórych chorób o podłożu autoimmunologicznym, np. stwardnieniu rozsianym[45]. Zmniejszona ekspresja niezależnej od liganda formy CTLA-4 może być powiązana ze zwiększoną zapadalnością na cukrzycę typu I[46][47], ale rola tej formy białka nie jest dobrze poznana. Związek polimorfizmu genu CTLA4 z chorobami autoimmunizacyjnymi wskazano m.in. w przypadku cukrzycy typu I[48][49], tocznia układowego rumieniowatego[50], choroby Gravesa[51], stwardnienia rozsianego[52], autoimmunologicznym zapaleniem trzustki[53] i innymi.

Inne

Polimorfizm CD152 jest związany z ryzykiem odrzucenia przeszczepu[54]. Limfocyty T CD4+ w wyniku infekcji HIV zwiększają ekspresję CTLA-4, co może mieć wpływ na rozwój niedoboru odpornościu pacjentów[55][56][57].

Terapia przy użyciu przeciwciał anty-CTLA-4

Przeciwciała blokujące CTLA-4, a przez to zwiększające aktywację limfocytów, wykorzystuje się w leczeniu nowotworów[58][59]. Przykładem takiego leku jest ipilimumab, stosowany w leczeniu czerniaka złośliwego[60]. Badania wskazują, że efekty blokowania CTLA-4 w chorobach nowotworowych mogą być jeszcze silniejsze, gdy zostaną użyte przeciwciała blokujące również inne supresyjne szlaki sygnałowe, np. zależne od cząsteczek PD-1[61] lub CD73[62]. Efekt terapeutyczny przeciwciał anty-CTLA-4 może być zależny od wariantu genu CTLA4 występującego u danego pacjenta[63].

Terpia białkami fuzyjnymi CTLA-4

W chorobach autoimmunizacyjnych stosuje się białka fuzyjne CTLA-4, które działają podobnie jak rozpuszczalna forma CTLA-4, tzn. blokują CD80 i CD86, nie dopuszczając tym samym do interakcji pomiędzu tymi cząsteckami a CTLA-4 na powierzchni limfocytów. Przykładami białek fuzyjnych CTLA-4 są belatacept i abatacept. Stosowane są w reumatoidalnym zapaleniu stawów[64], młodzieńczym idiopatycznym zapaleniu stawów[65] i transplantologii[66].

Przypisy

Szablon:Przypisy-lista

  1. a b Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie ncbi
    BŁĄD PRZYPISÓW
  2. a b c Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Schwartz-2001
    BŁĄD PRZYPISÓW
  3. a b c Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Stamper-2001
    BŁĄD PRZYPISÓW
  4. a b Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Brunet
    BŁĄD PRZYPISÓW
  5. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Harper-1991
    BŁĄD PRZYPISÓW
  6. a b Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Ostrov-2000
    BŁĄD PRZYPISÓW
  7. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Linsley-1995
    BŁĄD PRZYPISÓW
  8. a b c d Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Pioli-2000
    BŁĄD PRZYPISÓW
  9. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Vijayakrishnan-2004
    BŁĄD PRZYPISÓW
  10. a b Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Oaks-2000
    BŁĄD PRZYPISÓW
  11. a b Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Lindsten-1993
    BŁĄD PRZYPISÓW
  12. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Kuiper-1995
    BŁĄD PRZYPISÓW
  13. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Laurent-2010
    BŁĄD PRZYPISÓW
  14. a b c Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Han-2013
    BŁĄD PRZYPISÓW
  15. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Vandenborre-1999
    BŁĄD PRZYPISÓW
  16. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Freeman-1992
    BŁĄD PRZYPISÓW
  17. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Egen-2002
    BŁĄD PRZYPISÓW
  18. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Samoilova-1998
    BŁĄD PRZYPISÓW
  19. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Waterhouse-1995
    BŁĄD PRZYPISÓW
  20. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Khattri-1999
    BŁĄD PRZYPISÓW
  21. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Quandt-2007
    BŁĄD PRZYPISÓW
  22. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Ward-2013
    BŁĄD PRZYPISÓW
  23. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie van der Merwe-1997
    BŁĄD PRZYPISÓW
  24. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Schneider-1998
    BŁĄD PRZYPISÓW
  25. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Schneider-2000
    BŁĄD PRZYPISÓW
  26. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Nakaseko-1999
    BŁĄD PRZYPISÓW
  27. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Schneider-2001
    BŁĄD PRZYPISÓW
  28. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Teft-2009
    BŁĄD PRZYPISÓW
  29. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Baroja-2002
    BŁĄD PRZYPISÓW
  30. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Parry-2005
    BŁĄD PRZYPISÓW
  31. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Schneider-2002
    BŁĄD PRZYPISÓW
  32. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie pmid11807776-s366-73
    BŁĄD PRZYPISÓW
  33. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie De Palma-2013
    BŁĄD PRZYPISÓW
  34. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Kalinski-2013
    BŁĄD PRZYPISÓW
  35. a b Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Erfani-2013
    BŁĄD PRZYPISÓW
  36. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Yang-2012
    BŁĄD PRZYPISÓW
  37. a b Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Kalathil-2013
    BŁĄD PRZYPISÓW
  38. a b Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Olson-2012
    BŁĄD PRZYPISÓW
  39. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Erfani-2012
    BŁĄD PRZYPISÓW
  40. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Jaberipour-2010
    BŁĄD PRZYPISÓW
  41. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Pruitt-2011
    BŁĄD PRZYPISÓW
  42. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Bharti-2013
    BŁĄD PRZYPISÓW
  43. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Gokhale-2013
    BŁĄD PRZYPISÓW
  44. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Song-2011
    BŁĄD PRZYPISÓW
  45. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Sellebjerg-2012
    BŁĄD PRZYPISÓW
  46. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Araki-2009
    BŁĄD PRZYPISÓW
  47. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Stumpf-2013
    BŁĄD PRZYPISÓW
  48. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Si-2012
    BŁĄD PRZYPISÓW
  49. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Chen-2013
    BŁĄD PRZYPISÓW
  50. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Chang-2012
    BŁĄD PRZYPISÓW
  51. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Yanagawa-1995
    BŁĄD PRZYPISÓW
  52. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Fukazawa-1999
    BŁĄD PRZYPISÓW
  53. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Chang-2007
    BŁĄD PRZYPISÓW
  54. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Zhu-2012
    BŁĄD PRZYPISÓW
  55. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Steiner-1999
    BŁĄD PRZYPISÓW
  56. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Leng-2002
    BŁĄD PRZYPISÓW
  57. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Zaunders-2006
    BŁĄD PRZYPISÓW
  58. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Mocellin-2013
    BŁĄD PRZYPISÓW
  59. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Grosso-2013
    BŁĄD PRZYPISÓW
  60. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Pardoll-2012
    BŁĄD PRZYPISÓW
  61. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Ott-2013
    BŁĄD PRZYPISÓW
  62. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Allard-2013
    BŁĄD PRZYPISÓW
  63. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Queirolo-2013
    BŁĄD PRZYPISÓW
  64. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Takahashi-2013
    BŁĄD PRZYPISÓW
  65. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Ruperto-2008
    BŁĄD PRZYPISÓW
  66. Błąd w przypisach: Błąd w składni elementu <ref>. Brak tekstu w przypisie o nazwie Su-2012
    BŁĄD PRZYPISÓW