Recettori citochinici

Come già descritto, per esercitare le loro funzioni biologiche le citochine devono innanzitutto legarsi ad un recettore specifico espresso sulla membrana di cellule target.

Poiché tali recettori sono espressi da una moltitudine di cellule diverse, le citochine possono agire su diverse tipologie di cellule.

La caratterizzazione biochimica dei recettori per citochine inizialmente è stata molto difficoltosa visto la scarsa presenza di tali siti sulla membrana. Attraverso l’avvento di tecniche di biologia molecolare in grado di clonare i geni codificanti per tali recettori è stato possibile l’identificazione e la caratterizzazione di questi con maggior rapidità.

I recettori per citochine vengono distinte in 5 fanmiglie di appartenenza nonostante vi sia una notevole differenza da un punto di vista strutturale (Prieschl et al., 1996; Barrett et al., 1995). Tale suddivisione comprende:

• la superfamiglia dei recettori per immunoglobuline (fig 2.3(a));

• la famiglia di recettori citochinici di classe I, anche noti come famiglia dei recettori per l’ematopoietina (fig 2.3(b));

• la famiglia di recettori citochinici di classe II, anche noti come famiglia dei recettori per l’interferone (fig 2.3(c));

• la famiglia di recettori per i fattori di necrosi tissutale (TNF) (fig 2.3(d));

• la famiglia di recettori per le chemochine (fig 2.3(e)).

Fig 2.3 Le diverse categorie di classsi recettoriali per le

citochine

(a) famiglia di recettori per immunoglobuline; (b)famiglia dei recettori per l’ematopoietina;

(c)famiglia dei recettori per l’interferone (IFN);

(d) famiglia di recettori per i fattori di necrosi tissutale (TNF); (e)famiglia di recettori per le chemochine

Molti dei recettori leganti citochine coinvolti nel funzionamento del sistema emopoietico e immunitario appartengono alla famiglia di recettori citochinici di classe I. I membri di tale famiglia hanno motivi di sequenze aminoacidiche conservate nel dominio extracellulare costituiti da 4 residui cisteinici (CCCC) e una conservata sequenza di triptofano-serina- aminoacido X-triptofano-serina (WSXWS, dove X sta ad indicare un qualsiasi aminoacido). I recettori per tutte le citochine classificate come ematopoietine appartengono alla classe I, detta anche famiglia dei recettori per l’ematopoietina appunto (Onishi et al., 1998).

La classe II di recettori per citochine possiede anch’essa un conservato motivo di sequenze aminoacidiche nel dominio extracellulare costituito da 4 residui cisteinici (CCCC) ma manca del motivo WSXWS. Inizialmente si pensava che solo i 3 interferoni α, β e γ fossero in grado di legarsi a tale tipo di recettori mentre recenti lavori hanno dimostrato come anche il recettore per l’IL 10 faccia parte della famiglia di classe II (Onishi et al., 1998).

Da precisare come l’azione del recettore non preveda in maniera così dicotomica l’azione delle varie sub unità che lo compongono singolarmente nel legarsi alla citochina e nell’attivare la fosforilazione con trasduzione del segnale.

Il legame innescato sututti i recettori appartenenti alle classi recettoriali I e II studiati fino ad oggi hanno mostrato indurre la fosforilazione della tirosina del recettore attraverso l’attività della proteina tirosina chinasi strettamente associata al dominio citosolico del recettore.

Sono state identificate molte sottofamiglie dei recettori di classe I, prendendo come criterio di classificazione una identica sub unità di trasduzione del segnale.

Proprio la condivisione di subunità per il segnale di trasduzione tra recettori spiega la ridondanza e l’antagonismo mostrato da alcune citochine.

Si consideri ad esempio la sottofamiglia dei recettori del GM-CSF, che comprende i recettori per IL-3, IL-5, e GM-CSF (Kishimoto et al., 1992). Ognuna di queste citochine si lega ad un unico recettore a bassa affinità, citochina-specifico che consiste nella sola subunità α. Tutte e tre le subunità con bassa affinità sono in grado di associarsi in modo non covalente ad una subunità β con un segnale di trasduzione comune.

Il risultante recettore dimerico non solo mostra una maggior affinità per le citochine, ma è anche in grado di transdurre un segnale lungo tutta la membrana dopo aver legato la citochina. Curiosamente, IL-3, IL-5 e GM-CSF mostrano una notevole ridondanza. IL-3 e GM-CSF agiscono sulle cellule ematopoietiche totipotenti e sulle cellule progenitrici, attivano monociti e inducono la differenziazione dei megacariociti (Mroczko et Szmitkowski, 2004). Tutte e tre queste citochine inducono la proliferazione degli eosinofili e la degranulazione dei basofili, con il rilascio di istamina.

Dal momento che i recettori per IL-3, IL-5, GM-CSF condividono un comune segnale di trasduzione mediante β subunità, ci si dovrebbe aspettare un simile segnale di attivazione da parte di ciscuna di queste citochine, dimostrando la ridondanza tra loro nell'indurre i diversi effetti biologici (Kishimoto et al., 1992).

Infatti, tutte e tre le citochine inducono lo stesso pattern di fosforilazione proteica. Inoltre, IL-3 e GM-CSF mostrano antagonismo poichè IL-3 è stato dimostrato inibire il GM-CSF e viceversa (Mroczko et Szmitkowski, 2004).

Poiché il segnale di trasduzione della β subunità è condivisa tra i recettori per queste due citochine, il loro antagonismo è dovuto alla competizione per un numero limitato di subunità da parte della subunità citochine specifiche recettoriali. Una situazione simile si viene a creare all'interno della sottofamiglia del recettore per IL-6, che comprende i recettori per IL-6, IL-11, Fattore inibitorio della leucemia (LIF), oncostatina M (OSM), e fattore neurotrofico ciliare (CNTF). In questo caso, un comune segnale-trasduzione chiamato subunità gp130 è associato a una o più subunità citochino-specifiche (Hibi et al., 1996).

LIF e OSM, che devono condividere alcune caratteristiche strutturali, si legano alla stessa α subunità. Come ci si potrebbe aspettare, le citochine che si legano ai recettori in questa sottofamiglia esercitano degli effetti biologici sovrapponibili. IL-6, OSM, e LIF inducono infatti la sintesi di proteine di fase acuta in sede epatica e la differenziazione di cellule mieloidi leucemiche verso i macrofagi; IL-6, LIF, e CNTF vanno ad influenzare lo sviluppo neuronale mentre IL-6, IL-11, e OSM stimolano la maturazione dei megacariociti e la produzione di piastrine. La presenza di gp130 in tutti i recettori della sottofamiglia per IL-6 spiega la loro comune modalità di attivazione e, d'altra parte, la competizione per la limitata disponibilità di molecole gp130 osservata tra queste citochine.

Un terzo segnale di trasduzione caratterizza la sottofamiglia recettoriale IL-2, che comprende i recettori per l'IL-2, IL-4, IL-7, IL-9 e IL-15. I recettori per IL-2 e IL-15 sono eterotrimeri, costituiti da una catena α citochina specifica e due catene β e γ responsabili del segnale di trasduzione.

La catena γ è responsabile del segnale di trasduzione negli altri recettori della sottofamiglia recettoriale dell'IL 2, che sono tutti i dimeri. Recentemente, è stato dimostrato una immunodeficienza congenita combinata grave cromosoma X dipendente (XSCID) risultante da un difetto del gene della catena γ, che è locato sul cromosoma X. Le immunodeficienze osservate in questo disturbo sono dovute alla perdita di tutte le funzioni citochino mediate dalla sottofamiglia recettoriale dell'IL-2.