Receptory chemokin z motywem CC w układzie nerwowym
advertisement
Receptory chemokin z motywem CC w układzie nerwowym Tomasz Łukasz Radzik 1 Andrzej Głąbiński2 Ludmiła Żylińska1,* Zakład Neurochemii Molekularnej, Uniwersytet Medyczny, Łódź 2 Klinika Neurologii i Udarów Mózgu, Uniwersytet Medyczny, Łódź 1 Zakład Neurochemii Molekularnej, Uniwersytet Medyczny w Łodzi, ul. Mazowiecka 6/8, 92-215 Łódź; tel.: (42) 272 56 80, e-mail: [email protected] * Artykuł otrzymano 24 października 2015 r. Artykuł zaakceptowano 28 października 2015 r. Słowa kluczowe: chemokiny, receptory chemokin CC, układ nerwowy, neurodegeneracja Wykaz skrótów: CCL – chemokina z motywem CC; CCR — receptor chemokin z motywem CC; Podziękowania: Praca powstała w trakcie realizacji projektów badawczych nr 502-03/6086-02/502-64-086 oraz 503/6-086-02/503-01 Uniwersytetu Medycznego w Łodzi. STRESZCZENIE C hemotaktyczne cytokiny (chemokiny) są tradycyjnie znane jako istotne mediatory procesów zapalnych, jednak od niedawna zwraca się również uwagę na ich inne funkcje w organizmie. Chemokiny działając poprzez specyficzne receptory należące do białek G regulują procesy immunologiczne w organizmie. Dotychczas zidentyfikowano około 20 receptorów chemokin, zaś 10 z nich wiąże chemokiny z motywem CC, tzn. posiadające w końcu aminowym cząsteczki dwie sąsiadujące reszty cysteiny. Wzrastająca liczba danych wskazuje, że chemokiny oraz ich receptory odgrywają istotną rolę w układzie nerwowym działając jako czynniki troficzne i ochronne zwiększające przeżywalność neuronów, regulujące migrację neuronalną oraz transmisję synaptyczną. Szczególną rolę pełnią przede wszystkim w procesach chorobowych układu nerwowego, bowiem na skutek uszkodzenia bariery krew-mózg oraz bariery krew-płyn rdzeniowo/mózgowy następuje infiltracja leukocytów i rozwija się stan zapalny. Udział receptorów chemokin z motywem CC wykazano m.in. w chorobie Alzheimera, stwardnieniu rozsianym, demencji związanej z infekcją HIV, udarem czy niektórymi nowotworami. WPROWADZENIE Spośród aktywnych biologicznie cząsteczek jedną z ważniejszych grup stanowią chemokiny, należące do rodziny cytokin. Główną funkcją chemokin jest stymulacja chemotaksji leukocytów, stąd też ich nazwa oznaczająca skrót od terminu cytokiny chemotaktyczne (ang. chemoattractant cytokine). Cechą, która wyróżnia je spośród innych chemoatraktantów jest ich specyficzność wobec różnych typów leukocytów, szczególnie istotna w stanach patologicznych. W ośrodkowym układzie nerwowym istotnym elementem utrzymującym homeostazę jest bariera krew-mózg (BBB, ang. blood-brain barier), stanowiąca dość złożony system będący granicą pomiędzy naczyniami krwionośnymi a tkanką nerwową. Anatomicznie tworzy go śródbłonek mózgowych naczyń włosowatych, co pozwala na kontrolowany przepływ związków zawartych we krwi, często wymagających aktywnego transportu, a także chroni mózg przed niekontrolowanym napływem czynników szkodliwych. Kolejnym elementem ochronnym jest bariera krew-płyn rdzeniowo/mózgowy (ang. blood cerebrospinal fluid barrier, blood-CSF) zbudowana z nabłonka splotów naczyniówki. W warunkach uszkodzenia obu barier dochodzi do niekontrolowanego przepływu zarówno elementów morfotycznych krwi, jak i mediatorów reakcji zapalnych, w tym chemokin [1]. W ostatnich latach coraz więcej uwagi poświęca się znaczeniu sygnalizacji z udziałem chemokin w układzie nerwowym, bowiem jej udział został udokumentowany w różnych warunkach fizjologicznych i patologicznych [2]. Choć neuronalne chemokiny działając poprzez receptory funkcjonują jako czynniki troficzne i ochronne zwiększające przeżywalność neuronów, regulujące migrację neuronalną oraz transmisję synaptyczną, szczególne znaczenie tego systemu neuromodulatorów postuluje się w rozwoju procesów neurodegeneracyjnych. Pod wpływem czynników patogennych poziom chemokin wzrasta za sprawą wydzielania ich przez wiele różnych komórek: mikrogleju, astrocytów, oligodendrocytów, komórek śródbłonka naczyń krwionośnych w mózgu i neuronów [3,4]. Warto podkreślić, że pojawiło się także szereg doniesień wiążących chemokiny z niektórymi chorobami psychicznymi, takimi jak depresja, schizofrenia czy afektywna choroba dwubiegunowa [5,6]. CHEMOKINY Historycznie, chemokiny były znane pod wieloma nazwami, jak również poszczególne chemokiny posiadają wiele różnych nazw. W celu ujednolicenia terminologii wprowadzono nowe nazewnictwo, w którym chemokiny zostały podzielone na cztery grupy: CXC (α), CC (β), CX3C (γ) i C (δ) [7]. Podział opie- 436www.postepybiochemii.pl Tabela 1. Nomenklatura chemokin z motywem CC i ich wcześniejsze nazewnictwo. CCL1 TCA3 Scya1 SISε I-309 P500 CCL12 MCP-5 Scya12 CCL2 MCP-1 Scya2 Sigje HC11 GDCF-2 CCL13 MCP-4 Scya13 NCC1 Ck-beta-10 SCYL1 CCL22 ABCD-1 Scya22 DC/B-Ck MDC STCP-1 CCL23 MPIF-1 Scya23 HMRP-2A Ck-beta-8 CCL3 MIP-1α Scya3 LD78 SCI TY5 CCL14 HCC1 Scya14 HCC3 NCC2 Ck-beta-1 MCIF SCYL2 CCL24 MPIF-2 Scya24 Ck-beta-6 eotaxin-2 CCL4 MIP-1β Scya4 ACT-2 G26 H400 CCL15 HCC2 Scya15 NCC3 MIP-5 Lkn-1 MIP-1δ HMRP-2B CCL25 TECK Scya25 CCL5 RANTES Scya5 SISδ TCP228 CCL6 MRP-1 Scya6 C10 CCL16 HCC4 Scya16 LMC NCC4 LEC Monotactin-1 LCC1 CCL26 MIP-4α Scya26 eotaxin-3 IMAC TSC-1 CCL17 TARC Scya17 ABCD-2 ra się na liczbie reszt aminokwasowych pomiędzy dwiema resztami cysteiny przy końcu aminowym cząsteczki, gdzie C oznacza resztę cysteinową, a X reprezentuje inne reszty aminokwasowe. Chemokiny są generalnie małymi zasadowymi peptydami o masie od 7 do 15 kDa. Wszystkie mają też podobną budowę i zwykle posiadają cztery reszty cysteinowe, które tworząc mostki disiarczkowe decydują o ich trójwymiarowej strukturze. Aktualnie zidentyfikowano u ssaków ponad 50 chemokin, a ze względu na pełnioną funkcję można podzielić je na chemokiny homeostatyczne i chemokiny prozapalne [8]. Chemokiny homeostatyczne są wydzielane cały czas i odpowiadają za prawidłową migrację komórek, np. podczas wzrostu organizmu, zaś chemokiny prozapalne wydzielane są w stanach patologicznych pod wpływem czynników prozapalnych. Aby komórka mogła zareagować na obecność chemokin musi posiadać odpowiednie receptory. Funkcjonalnie receptory chemokin można przydzielić do jednej z dwóch grup. Pierwsza z nich to rozległa rodzina klasycznych receptorów związanych z białkiem G, które pod wpływem zewnątrzkomórkowego liganda aktywują różne systemy sygnalizacji wewnątrzkomórkowej. Drugą grupą są tzw. atypowe receptory chemokin, które przekazują sygnał bez udziału białek G i działają głównie jako „wychwytywacze” chemokin ograniczając stan zapalny, bądź kształtując gradienty chemokin. Do klasy CC, która stanowi największą grupę, należy 28 chemokin (CCL1-28), a ich geny zlokalizowane są u człowieka na 17 chromosomie [2]. Klasa chemokin CC działa poprzez przynajmniej 10 znanych receptorów (CCR1-10). Aktualnie obowiązująca nomenklatura chemokin oraz ich zwyczajowe nazwy podane są w tabeli 1. RECEPTORY CHEMOKIN Zasadniczy podział receptorów opiera się na rodzaju wiązanych przez nie chemokin, co odzwierciedlone jest Postępy Biochemii 61 (4) 2015 CCL27 ALP Scya27 CTACK ESkine ILC PESKY CCL7 MCP-3 Scya7 FIC NC28 MARC CCL18 AMAC-1 Scya18 Ck-beta-7 PARC DC-CK1 CCL8 MCP-2 Scya8 HC14 CCL9 MRP-2 Scya9 CCF18 MIP-1γ CCL11 eotaxin Scya11 CCL19 MIP-3β Scya19 ELC exodus-3 CCL20 MIP-3α Scya20 ST38 Ck-beta-4 LARC exodus-1 CCL21 TCA-4 Scya21 6Ckine Ck-beta-9 exodus-2 SLC CCL28 MEC Scya28 w nazewnictwie i tak, wyróżniamy 4 typy: CCR, CXCR, CX3CR i XCR. Atypowe receptory natomiast określane są zbiorczym skrótem ACKR (ang. atypical chemokine receptors) i należy do nich 6 przedstawicieli [9]. Nazewnictwo chemokin i receptorów nie oznacza jednak, że jeden receptor wiąże się tylko z jedną chemokiną, a i jedna chemokina nie wiąże się tylko z jednym receptorem (Ryc. 1). Cechą determinującą wiązanie jest powinowactwo danej chemokiny do receptora oraz gęstość receptorów poszczególnych typów obecnych w komórce. Poszczególne receptory są w około 50% homologiczne w obrębie tej samej klasy, a w 30% pomiędzy różnymi klasami [2,4]. Wszystkie jednak posiadają te same główne elementy budowy, a mianowicie składają się z około 350 reszt aminokwasowych, część N-końcowa jest krótka i kwasowa, część N-końcowa i trzy zewnętrzne pętle zawierają reszty cysteinowe, między którymi formują się mostki disiarczkowe, zaś część wewnątrzkomórkowa zawiera reszty seryny i treoniny, które w czasie aktywacji receptora ulegają fosforylacji [2]. Choć receptory z motywem CC nie stanowią najliczniejszej grupy występującej w układzie nerwowym, w ostatnich latach coraz więcej przedstawicieli tej klasy identyfikowane jest zarówno w prawidłowym rozwoju i funkcjonowaniu OUN, jak również wykazano ich udział w procesach neurodegeneracyjnych [10,11]. CCR1 Gen receptora CCR1 u człowieka zlokalizowany jest na chromosomie 3. Receptor z największym powinowactwem wiąże się z chemokinami CCL3 i CCL5, ale także łączy się z CCL7, CCL8, CCL14, CCL15, CCL16 i CCL23 [2,12]. Interesującą jest obserwacja, że chemokina CCL4 antagonizuje odpowiedź receptora wobec innych ligandów i może funkcjonować jako endogenny inhibitor aktywności CCR1 [13]. Powinowactwo CCL15 i CCL23 zwiększa się w czasie odpowiedzi zapalnych [12]. Jak każdy receptor, CCR1 bierze 437 mokiny CCL3, CCL4, CCL5, CCL8, CCL14, CCL11, CCL24 i CCL26. Spośród wszystkich ligandów CCL11 wiąże się z najwyższym powinowactwem (Kd = 0,1 nM), zaś wartości Kd dla CCL5 i CCL7 mieszczą się w zakresie 2,7–3 nM. CCL11 [18], CCL24, CCL26 są wyłącznymi ligandami dla receptora CCR3, a interesującym jest fakt, że CCL11 i CCL26 są jednocześnie antagonistami dla innych receptorów CC. Zwiększoną ekspresję genu CCR3 zaobserwowano w różnych komórkach zapalnych związanych z odpowiedzią alergiczną. Szczególną rolę receptor CCR3 wraz z CCR5 odgrywa w chorobach neurologicznych indukowanych wirusem HIV, obecnym w zainfekowanych makrofagach i astrocytach [19]. Receptory te działając jako koreceptory dla HIV obecne są także w neuronach. W warunkach fizjologicznych obecność CCR3 wykazano w hipokampie oraz neuronach piramidalnych kory, a także w neuronach płodu [20]. W prekursorowych oligodendrocytach aktywacja CCR3 przez CCL11 może regulować proces tworzenia osłonek mielinowych [21]. CCR4 Rycina 1. Receptory chemokin CC i łączące się z nimi chemokiny. Receptory chemokin mogą wiązać wiele chemokin, jak również niektóre chemokiny mogą wykazywać powinowactwo do kilku receptorów. udział w odpowiedzi immunologicznej poprzez regulację migracji komórek odpornościowych. CCR2 CCR2 jest receptorem dla CCL2, CCL7, CCL8, CCL12 i CCL13. U człowieka jego gen zlokalizowany jest na chromosomie 3. Może występować w dwóch izoformach powstających w procesie alternatywnego składania transkryptów (CCR2A i CCR2B) [14]. Różnią się one budową domeny przy końcu karboksylowym receptora oraz obecnością w komórce. Izoforma CCR2A występuje głównie w cytoplazmie, natomiast CCR2B w cytoplazmie i na powierzchni komórki. W mózgowiu receptor CCR2 na poziomie mRNA oraz białka wykryto w wielu obszarach, m.in. w korze, hipokampie, przysadce, pniu mózgu oraz móżdżku [15]. Konstytutywny typ ekspresji świadczy o istotnej roli tego receptora w sygnalizacji neuronalnej, w tym związanej z neurotransmisją cholinergiczną i dopaminergiczną [16]. Warto dodać, że infiltracja monocytów pod wpływem wiązania CCL2 z CCR2 zaangażowana jest w uruchamianie kaskady neurodegeneracyjnej w wielu chorobach mózgu. CCR3 Podobnie jak dwa poprzednie, gen tego receptora u człowieka występuje na 3 chromosomie. CCR3 wykazuje 63% homologię z sekwencją CCR1 i 51% z CCR2, natomiast w przeciwieństwie do innych receptorów z tej klasy nie posiada miejsc N-glikozylacji [17]. Receptor CCR3 wiąże che- Receptor chemokin CCR4 jest receptorem dla CCL17 oraz CCL22. U człowieka zlokalizowany jest na chromosomie 3. W ośrodkowym układzie nerwowym mRNA dla tego receptora obecne jest w astrocytach, mikrogleju, a także w neuronach hipokampa [22]. Szczególnie bogate w CCR4 są komórki T oraz komórki NK (ang. natural killer cell) zaangażowane przede wszystkim w proces niszczenia komórek nowotworowych [23]. CCR5 Gen receptora CCR5 zlokalizowany jest w pobliżu genu CCR2, także na chromosomie 3. CCR5 jest receptorem dla CCL3, CCL4, CCL8 i CCL5. Reguluje on migrację limfocytów Th1, a także monocytów, makrofagów, niedojrzałych komórek dendrytycznych i mikrogleju [24]. Fakt, że obecność receptora CCR5 w neuronach obserwowana jest już w stadium embrionalnym sugeruje potencjalny jego udział w ontogenezie, potwierdzając troficzne działanie w tkance nerwowej [25]. Wydaje się więc, że fizjologiczna rola CCR5 związana jest z regulacją strukturalnych zmian w trakcie rozwoju mózgu, takich jak rozwój i tworzenie połączeń neuronów oraz ich przeżywalność [26]. Receptor CCR5 wiązany jest także z patogenezą wielu chorób zapalnych — miażdżycy czy stwardnienia rozsianego. Potwierdzają to mysie modele miażdżycy pozbawione genu CCR5 [27]. Ponadto, jak wspomniano wcześniej, CCR5 działa jako koreceptor dla HIV-1, a ludzie ze zmutowanym receptorem CCR5 wykazują praktycznie całkowitą odporność na infekcję wirusem HIV-1 [19]. CCR6 U człowieka gen tego receptora występuje na chromosomie 6. CCR6 jest specyficznym receptorem dla chemokiny CCL20. Występuje głównie na niedojrzałych komórkach dendrytycznych, limfocytach B i komórkach T [28]. Wydzielenie CCL20 powoduje rekrutację limfocytów B posiadających receptory CCR6. Istotne znaczenie może mieć fakt, że CCL20 ulega konstytutywnej ekspresji w ko- 438www.postepybiochemii.pl Rycina 2. Ścieżki sygnałowe uruchamiane aktywacją receptora chemokin. Przedstawiono główne szlaki sygnalizacyjne uruchamiane przez chemokiny oraz efekty ich działania w komórce. Skróty i symbole zastosowane na rycinie: α, β, γ — podjednostki białka G; AC1 — cyklaza adenylanowa; cAMP — cykliczny adenozynomonofosforan; PLC-β1 — izoforma fosfolipazy C; IP3 — trisfosforan inozytolu; DAG — diacyloglicerol; PKC — kinaza białkowa C; Pyk2 — kinaza tyrozynowa bogata w prolinę 2; ERK 1/2 — kinaza regulowana sygnałem zewnątrzkomórkowym; PI-3K — kinaza fosfatydyloinozytolu-3; PKB/Akt — kinaza białkowa B; STIM1 (ang. stromal interaction molecule 1) — czujnik Ca2+, białko aktywujące pojemnościowy napływ wapnia; CRACM1 — kanał wapniowy aktywowany uwolnieniem Ca2+ z siateczki śródplazmatycznej; CaM — kalmodulina; CaN — kalcyneuryna; NFATC1 — czynnik transkrypcyjny aktywowanych komórek T 1; IL-2 — interleukina 2. mórkach nabłonkowych splotu naczyniówkowego u myszy i u człowieka [29]. Sugeruje się, że działanie CCL20/ CCR6 w chorobach zapalnych powoduje migrację komórek T produkujących interleukinę-17 (TH-17) do miejsca zapalenia. Ostatnie badania wykazały, że komórki Th17 mogą przedostawać się do ośrodkowego układu nerwowego poprzez splot naczyniówkowy wykorzystując układ CCR6/CCL20 [30]. Może to świadczyć o kontrolnej funkcji immunologicznej pełnionej przez ten receptor w układzie nerwowym. CCR7 Gen dla tego receptora zlokalizowany jest na chromosomie 11. CCR7 jest receptorem dla chemokin CCL19 i CCL21. Wraz ze swoimi ligandami CCR7 łączy odporność wrodzoną i nabytą wpływając na oddziaływania między komórkami T i komórkami dendrytycznymi [31]. Komórki T wnikają do węzłów chłonnych przez żyłki, których śródbłonek wydziela CCL21. Z kolei komórki dendrytyczne i makrofagi wchodzą do węzłów poprzez naczynia limfatyczne. Spotkanie limfocytów T i komórek dendrytycznych jest zależne od CCR7. Występowanie CCR7 na komórkach nowotworowych jest związane z ich przerzutami do węzłów chłonnych. Wykazano, że CCR7 pośredniczy w migracji białaczkowych limfocytów T do Postępy Biochemii 61 (4) 2015 ośrodkowego układu nerwowego wykorzystując ścieżkę sygnalizacyjną związaną z Noth1 [32,33]. CCR8 Jak wiele poprzednich, gen dla tego receptora u człowieka znajduje się na chromosomie 3. Receptor CCR8 wiąże chemokinę CCL1. Występuje on na niektórych grupach komórek T, monocytach, makrofagach, eozynofilach, tymocytach, komórkach Langerhansa, neuronach i komórkach mięśni gładkich naczyń [34,35]. Aktywacja receptora CCR8 przez CCL1 powoduje migrację monocytów i apoptozę komórek grasicy [36]. Uważa się, że CCR8 może być alternatywnym ko-receptorem dla CD4 w infekcji wirusem HIV [37]. CCR9 U człowieka gen dla tego receptora występuje na chromosomie 9. Receptor CCR9 wiąże specyficznie chemokinę CCL25. Przypisuje mu się udział w rozwoju komórek T w grasicy, zaś kompleks CCR9/CCL25 pełni istotną rolę w oporności komórek na apoptozę [38,39]. Wykazano także zwiększoną obecność CCR9 w aktywowanych komórkach mikrogleju w mysim modelu, co wiąże się bezpośrednio z indukcją procesów zapalnych oraz neurodegeneracji [40]. 439 CCR10 Gen receptora znajduje się na chromosomie 17. CCR10 jest receptorem dla CCL27 i CCL28. Występuje na małej podgrupie pamięciowych komórek T, komórek wydzielających IgA, komórek śródbłonka mikronaczynek skórnych i melanocytach [41-43]. MECHANIZM DZIAŁANIA RECEPTORÓW CHEMOKIN Główną drogą działania receptorów chemokin z motywem CC są heterotrimeryczne białka G związane przede wszystkim z Gi/o, co prowadzi do hamowania aktywności cyklazy adenylanowej oraz reguluje przepływ Ca2+ [2]. Nowsze badania wykazały, że receptory CC mogą łączyć się również z innymi białkami G, potencjalnie wpływając na wiele wewnątrzkomórkowych ścieżek sygnałowych oraz transkrypcję genów [44]. Aktywacja białka G powoduje dysocjację heterotrimeru na podjednostki α i βγ. Większość odpowiedzi na aktywację receptora chemokin CC można zablokować za pomocą toksyny PTX. Aktywowane białko G uruchamia kilka równoległych ścieżek sygnałowych [2]. Podjednostka α powoduje spadek aktywności wspomnianej cyklazy adenylanowej, natomiast kilka innych ścieżek może być aktywowanych przy udziale jednostek βγ (Ryc. 2). Aktywacja specyficznej fosfolipazy fosfatydyloinozytolowej C (PLC) prowadzi do powstania diacyloglicerolu (DAG) i trisfosforanu 1,4,5-inozytolu (IP3), który wiążąc się z receptorem w siateczki śródplazmatycznej uwalnia wewnątrzkomórkowe zapasy jonów wapnia. Diacyloglicerol oraz jony wapnia aktywują różne izoformy kinazy białkowej C. Takie działanie chemokin zostało najlepiej zbadane i służy jako swego rodzaju marker funkcjonalnej ekspresji genów ich receptorów w komórkach. Opróżnienie siateczki śródplazmatycznej z zapasów jonów wapnia uruchamia tzw. pojemnościowy napływ wapnia poprzez kanały CRAC (ang. calcium release-activated channel). Następuje przemieszczenie białka STIM1 do błony komórkowej i aktywacja CRACM1 [45]. Zwiększony poziom Ca2+ w cytosolu indukuje tworzenie kompleksu Ca2+/kalmodulina, który aktywuje kalcyneurynę. Defosforylacja przez kalcyneurynę czynnika transkrypcyjnego NFATc1 powoduje jego przemieszczenie do jądra i rozpoczęcie transkrypcji interleukiny 2 (IL-2). Sygnalizacja uruchamiana przez IL-2 wywołuje proliferację komórki [45]. Kolejna ścieżka sygnałowa uruchamiana jest na skutek aktywacji kinazy fosfatydyloinozytolowej-3-OH (PI3K) [46]. Prowadzi ona do akumulacji trisfosforanu 3,4,5-fosfatydyloinozytolu, który jest aktywatorem kinazy białkowej PKB/Akt. Kinaza ta jest związana z wieloma różnymi ścieżkami sygnałowymi regulującymi przeżywalność komórek. Ponadto, wiele chemokin aktywuje ścieżkę kinazy białkowej MAPK prowadzącą do aktywacji kinazy ERK1/2 i zależnej od wapnia kinazy Pyk2 [46,47]. Warto nadmienić, że w ostatniej dekadzie coraz większe znaczenie w regulacji działania receptorów chemokin przypisuje się zjawisku oligomeryzacji, które w specyficzny sposób modyfikuje odpowiedź na wiązanie chemokin. Receptory mogą tworzyć homo- lub heterooligomery, zaś skład takich kompleksów decyduje o ich powinowactwie do chemokin, co w konsekwencji może prowadzić do uruchamiania odmiennych ścieżek sygnalizacyjnych [48]. RECEPTORY CHEMOKIN CC W CHOROBACH NEURODEGENERACYJNYCH W stanach zapalnych w ośrodkowym układzie nerwowym szczególną rolę odgrywa proces migracji komórek, które pozostają w kontakcie z płynem rdzeniowo-mózgowym oraz barierą krew–mózg. Komórki takie, jak T, B czy dendrytyczne (DCs, ang. dendritic cells) znajdowane są w wielu chorobach neurodegeneracyjnych zarówno w płynie rdzeniowo-mózgowym, jak i w ośrodkowym układzie nerwowym [49]. W chorobie Alzheimera nie tylko limfocyty T, lecz także monocyty i komórki B migrują przez barierę krew-mózg. Powoduje to, że zwiększone stężenie prozapalnych chemokin obserwuje się zarówno w tkankach peryferyjnych, jak i w mózgu. Postuluje się, że zaburzenia układu chemokin oraz ich receptorów prowadzi do akumulacji komórek mikrogleju w blaszkach amyloidowych, powodując w konsekwencji śmierć neuronów. Wykazano także zwiększoną obecność receptorów CCR2, CCR4, CCR5 i CCR6, co potencjalnie wiąże się z uszkodzeniem mózgu [50]. Udział receptorów CCR6 potwierdzają także badania na mysim transgenicznym modelu choroby Alzheimera [51]. Interesującą informacją była obserwacja, że receptor CCR4 oprócz choroby Alzheimera, wydaje się brać udział w procesie przerzutowania do mózgu czerniaka, formy nowotworu o bardzo niekorzystnym rokowaniu [52]. CCR4 może zatem stanowić cenny molekularny marker ułatwiający podjęcie optymalnej terapii. Zaburzenia odpowiedzi immunologicznej prowadzą do patologicznych reakcji autoimmunologicznych, zaś receptory CCR1 oraz CCR5 wiązane są z chorobami takimi jak stwardnienie rozsiane czy alergiczne stany zapalne [53,54]. Migracja autoagresywnych limfocytów T poprzez barierę krew-mózg jest nieodłącznym elementem indukujacym eksperymentalne autoimmunologiczne zapalenie mózgu i rdzenia, będące zwierzęcym modelem ludzkiego stwardnienia rozsianego (EAE, ang. experimental autoimmune encephalomyelitis). Model ten charakteryzuje się infiltracją komórek jednojądrzastych oraz demielinizacją i pozwala na w miarę dokładną analizę niektórych molekularnych aspektów choroby. Wykazano na przykład, że wzrost zawartości CCR4 towarzyszy indukcji EAE [55,56]. Stwierdzono także, że limfocyty T produkujące interleukinę 17 mogą przenikać do ośrodkowego układu nerwowego poprzez splot naczyniówkowy wykorzystując mechanizm angażujący receptor CCR6 [57]. W przewlekłym, nawracającym eksperymentalnym autoimmunologicznym zapaleniu mózgu i rdzenia zwiększała się ilość receptorów CCR7 i CCR8, lecz tylko podczas pierwszego oraz drugiego nawrotu choroby. Wzrost ten wyraźnie korelował ze stopniem nasilenia choroby i obecny był głównie w okołonaczyniowych naciekach zapalnych w ośrodkowym układzie nerwowym [58]. Indukowana synteza CCR8 łączona jest nie tylko z EAE, lecz także ze 440www.postepybiochemii.pl stwardnieniem rozsianym, udarem oraz postępującą wieloogniskową leukoencefalopatią [59] Jednym ze skutków zakażenia wirusem HIV dotyczącym układu nerwowego jest demencja. Zaobserwowano, że w mózgowiu pacjentów cierpiących na demencję związaną z HIV oraz przy zapaleniu mózgu związanym z HIV wzrastała ilość chemokin i ich receptorów. Szczególnie wysoki był poziom receptorów CCR1, CCR3 i CCR5 w komórkach mikrogleju, a także podwyższona była zawartość chemokin CCL2, CCL3 i CCL5 [60]. Ponadto, receptory CCR3 występowały na neuronach piramidalnych hipokampu oraz w części śródwęchowej kory. W zapaleniu mózgu związanym z HIV obniżała się jednocześnie aktywność receptorów CCR5 w regionach CA3 i CA4 mózgu [61]. Interesującym doniesieniem są najnowsze badania na japońskich pacjentach z narkolepsją, które wykazały związek tego schorzenia z punktowymi mutacjami w regionie promotorowym receptorów CCR1 i CCR3 [62]. Chorzy na narkolepsję wykazywali także znacząco niższy poziom tych receptorów w komórkach krwi krążącej, w porównaniu do osób zdrowych. Sugeruje to także, że narkolepsja zmienia odporność immunologiczną pacjentów. Niniejsza praca nie wyczerpuje na pewno wszystkich dostępnych informacji związanych z udziałem receptorów chemokin z motywem CC w funkcjonowaniu układu nerwowego. Należy także pamiętać, że nie wszystkie receptory działają w układzie nerwowym i w osamotnieniu. Wprost przeciwnie, współzależność działania wszystkich 4 klas decyduje o ostatecznej odpowiedzi komórek nerwowych na sygnalizację uruchamianą przez chemokiny. Szeroko prowadzone badania nad ich rolą obejmują bowiem bardzo różnorodny materiał biologiczny, w tym patologiczny, modele zwierzęce oraz linie komórkowe. Poznanie molekularnych mechanizmów leżących u podstaw zmian neurodegeneracyjnych angażujących receptory chemokin CC będzie ważnym krokiem w kierunku nie tylko poznania przyczyn chorób układu nerwowego, lecz także opracowania i wdrożenia skutecznych metod terapii. PIŚMIENNICTWO 1. Engelhardt B, Ransohoff RM (2012) Capture, crawl, cross: the T cell code to breach the blood-brain barriers. Trends Immunol 33: 579-589 2. White GE, Iqbal AJ, Greaves DR (2013) CC chemokine receptors and chronic inflammation - therapeutic opportunities and pharmacological challenges. Pharmacol Rev 65: 47-89 3. Rostène W, Dansereau MA, Godefroy D, Van Steenwinckel J, Reaux-Le Goazigo A, Mélik-Parsadaniantz S, Apartis E, Hunot S, Beaudet N, Sarret P (2011) Neurochemokines: a menage a trois providing new insights on the functions of chemokines in the central nervous system. J Neurochem 118: 680-694 4. Rostène W, Guyon A, Kular L, Godefroy D, Barbieri F, Bajetto A, Banisadr G, Callewaere C, Conductier G, Rovère C, Mélik-Parsadaniantz S, Florio T (2011) Chemokines and chemokine receptors: new actors in neuroendocrine regulations. Front Neuroendocrinol 32: 10-24 5. Stuart MJ, Baune BT (2014) Chemokines and chemokine receptors in mood disorders, schizophrenia, and cognitive impairment: a systematic review of biomarker studies. Neurosci Biobehav Rev 42: 93-115 Postępy Biochemii 61 (4) 2015 6. Stuart MJ, Singhal G, Baune BT (2015) Systematic review of the neurobiological relevance of chemokines to psychiatric disorders. Front Cell Neurosci 9: 357 7. Bachelerie F, Ben-Baruch A, Burkhardt AM, Combadiere C, Farber JM, Graham GJ, Horuk R, Sparre-Ulrich AH, Locati M, Luster AD, Mantovani A, Matsushima K, Murphy PM, Nibbs R, Nomiyama H, Power CA, Proudfoot AE, Rosenkilde MM, Rot A, Sozzani S, Thelen M, Yoshie O, Zlotnik A (2013) Update on the extended family of chemokine receptors and introducing a new nomenclature for atypical chemokine receptors. Pharmacol Rev 66: 1-79 8. Takeshita Y, Ransohoff RM (2012) Inflammatory cell trafficking across the blood-brain barrier (BBB): Chemokine regulation and in vitro models. Immunol Rev 248: 228-239 9. Bachelerie F, Graham GJ, Locati M, Mantovani A, Murphy PM, Nibbs R, Rot A, Sozzani S, Helen M (2014) New nomenclature for atypical chemokine receptors. Nature Immunol 15: 207-208 10. Hu X, Liou AK, Leak RK, Xu M, An C, Suenaga J, Shi Y, Gao Y, Zheng P, Chen J (2014) Neurobiology of microglial action in CNS injuries: receptor mediated signaling mechanisms and functional roles. Prog Neurobiol 119-120: 60-84 11. Mines M, Ding Y, Fan G-H (2007) The many roles of chemokine receptors in neurodegenerative disorders: emerging new therapeutical strategies. Curr Med Chem 14: 2456-2470 12. Berahovich RD, Miao Z, Wang Y, Premack B, Howard MC, Schall TJ (2005) Proteolytic activation of alternative CCR1 ligands in inflammation. J Jmmunol 174: 7341-7345 13. Chou C-C, Fine JS, Pugliese-Sivo C, Gonsiorek W, Davies L, Deno G, Petro M, Schwarz M, Zavodny PJ, Hipkin RW (2002) Pharmacological characterization of the chemokine receptor, hCCR1 in a stable transfectant and differentiated HL-60 cells: antagonism of hCCR1 activation by MIP-1b. Br J Pharmacol 137: 663-675 14. Wong LM, Myers SJ, Tsou CL, Gosling J, Arai H, Charo IF (1997) Organization and differential expression of the human monocyte chemoattractant protein 1 receptor gene. Evidence for the role of the carboxyl-terminal tail in receptor trafficking. J Biol Chem 272: 1038-1045 15. Banisadr G, Quéraud-Lesaux F, Boutterin MC, Pélaprat D, Zalc B, Rostène W, Haour F, Parsadaniantz SM (2002) Distribution, cellular localization and functional role of CCR2 chemokine receptors in adult rat brain. J Neurochem 81: 257-269 16. Banisadr G, Gosselin RD, Mechighel P, Rostène W, Kitabgi P, Mélik Parsadaniantz S (2005) Constitutive neuronal expression of CCR2 chemokine receptor and its colocalization with neurotransmitters in normal rat brain: functional effect of MCP-1/CCL2 on calcium mobilization in primary cultured neurons. J Comp Neurol 492: 178-192 17. Ponath PD, Qin S, Post TW, Wang J, Wu L, Gerard NP, Newman W, Gerard C, Mackay CR (1996) Molecular cloning and characterization of a human eotaxin receptor expressed selectively on eosinophils. J Exp Med 183: 2437-2448 18. Daugherty BL, Siciliano SJ, DeMartino JA, Malkowitz L, Sirotina A, Springer MS (1996) Cloning, expression, and characterization of the human eosinophil eotaxin receptor. J Exp Med 183: 2349-2354 19. Klein RS, Williams KC, Alvarez-Hernandez X, Westmoreland S, Force T, Lackner AA, Luster AA (1999) Chemokine receptor expression and signaling in macaque and human fetal neurons and astrocytes: implications for the neuropathogenesis of AIDS. J Immunol 163: 1636-1646 20. Van Der Meer P, Goldberg SH, Fung KM, Sharer LR, González-Scarano F, Lavi E (2001) Expression pattern of CXCR3, CXCR4, and CCR3 chemokine receptors in the developing human brain. J Neuropathol Exp Neurol 60: 25-32 21. Maysami S, Nguyen D, Zobel F, Heine S, Höpfner M, Stangel M (2006) Oligodendrocyte precursor cells express a functional chemokine receptor CCR3: implications for myelination. J Neuroimmunol 178: 1723 22. Flynn G, Maru S, Loughlin J, Romero IA, Male D (2003) Regulation of chemokine receptor expression in human microglia and astrocytes. J Neuroimmunol 136: 84-93 441 23. Meucci O, Fatatis A, Simen AA, Bushell TJ, Gray PW, Miller RJ (1998) Chemokines regulate hippocampal neuronal signaling and gp120 neurotoxicity. Proc Natl Acad Sci USA 95: 14500-14505 24. Oppermann M (2004) Chemokine receptor CCR5: insights into structure, function, and regulation. Cell Signal 16: 1201-1210 25. Bouteta A, Salim H, Leclerc P, Tardieu M (2001) Cellular expression of functional chemokine receptor CCR5 and CXCR4 in human embryonic neurons. Neurosci Lett 311: 105-108 26. Kieseier BC, Tani M, Mahad D, Oka N, Ho T, Woodroofe N, Griffin JW, Toyka KV, Ransohoff RM, Hartung HP (2002) Chemokines and chemokine receptors in inflammatory demyelinating neuropathies: a central role for IP-10. Brain 125: 823-834 27. Quinones MP, Martinez HG, Jimenez F, Estrada CA, Dudley M, Willmon O, Kulkarni H, Reddick RL, Fernandes G, Kuziel WA, Ahuja SK, Ahuja SS (2007) CC chemokine receptor 5 influences late-stage atherosclerosis. Atherosclerosis 195: e92-103 28. Coughlan CM, McManus CM, Sharron M, Gao Z, Murphy D, Jaffer S, Choe W, Chen W, Hesselgesser J, Gaylord H, Kalyuzhny A, Lee VM, Wolf B, Doms RW, Kolson DL (2000) Expression of multiple functional chemokine receptors and monocyte chemoattractant protein-1 in human neurons. Neuroscience 97: 591-600 29. Axtell RC, Steinman L (2009) Gaining entry to an uninflamed brain. Nature Immunol 10: 453-455 tial functions of CCR9- or CXCR3-expressing microglia. WebmedCentral Infectious Diseases 2: WMC001727 41. Hu S, Yang K, Yang J, Li M, Xiong N (2011) Critical roles of chemokine receptor CCR10 in regulating memory IgA responses in intestines. Proc Natl Acad Sci USA 108: E1035-E1044 42. Jarmin DI, Rits M, Bota D, Gerard N, Graham GJ, Lewis IC, Gerard C (2000) Cutting edge: Identification of the orphan receptor G-protein-coupled receptor 2 as CCR10, a specific receptor for the chemokine ESkine. J Immunol 164: 3460-3464 43. Homey B, Wang W, Soto H, Buchanan M, Wiesenborn A, Catron D, Muller A, McClanahan T, Nosjean MCD, Orozco R, Ruzicka T, Lehmann P, Oldham E, Zlotnik A (2000) The orphan chemokine receptor G protein-coupled receptor-2 (GPR-2, CCR10) binds the skin-associated chemokine CCL27 (CTACK/ALP/ILC). J Immunol 164: 3465-3470 44. Rajagopal S, Rajagopal K, Lefkowitz RJ (2010) Teaching old receptors new tricks: biasing seven-transmembrane receptors. Nat Rev Drug Discov 9: 373-386 45. Bergmeier W, Weidinger C, Zee I, Feske S (2013) Emerging roles of store-operated Ca2+ entry through STIM and ORAI proteins in immunity, hemostasis and cancer. Channels 7: 379-391 46. Curnock AP, Logan MK, Ward SG (2002) Chemokine signalling: pivoting around multiple phosphoinositide 3-kinases. Immunology 105: 125-136 30. Reboldi A, Coisne C, Baumjohann D, Benvenuto F, Bottinelli D, Lira S, Uccelli A, Lanzavecchia A, Engelhardt B, Sallusto F (2009) C-C chemokine receptor 6-regulated entry of TH-17 cells into the CNS through the choroid plexus is required for the initiation of EAE. Nature Immunol 10: 514-523 47. Vlahakis SR, Villasis-Keever A, Gomez T, Vanegas M, Vlahakis N, Paya CV (2002) G protein-coupled chemokine receptors induce both survival and apoptotic signaling pathways. J Immunol 169: 5546-5554 31. Gomez-Nicola D1, Pallas-Bazarra N, Valle-Argos B, Nieto-Sampedro M (2010) CCR7 is expressed in astrocytes and upregulated after an inflammatory injury. J Neuroimmunol 227: 87-92 49. Pedemonte E, Mancardi G, Giunti D, Corcione A, Benvenuto F, Pistoia V, Uccelli A (2006) Mechanisms of the adaptive immune response inside the central nervous system during inflammatory and autoimmune diseases. Pharmacol Ther 111: 555-566 32. Weng AP, Ferrando AA, Lee W, Morris JPt, Silverman LB, Sanchez-Irizarry C, Blacklow SC, Look AT, Aster JC (2004) Activating mutations of NOTCH1 in human T cell acute lymphoblastic leukemia. Science 306: 269-271 33. Buonamici S, Trimarchi T, Ruocco MG, Reavie L, Cathelin S, Mar BG, Klinakis A, Lukyanov Y, Tseng JC, Sen F, Gehrie E, Li M, Newcomb E, Zavadil J, Meruelo D, Lipp M, Ibrahim S, Efstratiadis A, Zagzag D, Bromberg JS, Dustin ML, Aifantis I (2009) CCR7 signalling as an essential regulator of CNS infiltration in T-cell leukaemia. Nature 459: 1000-1004 34. Tiffany HL, Lautens LL, Gao JL, Pease J, Locati M, Combadiere C, Modi W, Bonner TI, Murphy PM (1997) Identification of CCR8: a human monocyte and thymus receptor for the CC chemokine I-309. J Exp Med 186: 165-170 35. Annunziato F, Cosmi L, Liotta F, Lazzeri E, Manetti R, Vanini V, Romagnani P, Maggi E, Romagnani S (2002) Phenotype, localization, and mechanism of suppression of CD4(+)CD25(+) human thymocytes. J Exp Med 196: 379-387 36. Roos RS, Loetscher M, Legler DF, Clark-Lewis I,Baggiolini M, Moser B (1997) Identification of CCR8, the receptor for the human CC chemokine I-309. J Biol Chem 272: 17251-17254 37. Calado M, Matoso P, Santos-Costa Q, Espirito-Santo M, Machado J, Rosado L, Antunes F, Mansinho K, Lopes MM, Maltez F, Santos-Ferreira MO, Azevedo-Pereira JM (2010) Coreceptor usage by HIV-1 and HIV-2 primary isolates: the relevance of CCR8 chemokine receptor as an alternative coreceptor. Virology 408: 174-182 38. Wurbel M-A, Malissen B, Campbell JJ (2006) Complex regulation of CCR9 atmultiple discrete stages of T cell development. Eur J Immunol 36: 73-81 39. Qiuping Z, Jei X, Youxin J, Wei J, Chun L, Jin W, Qun W, Yan L, Chunsong H, Mingzhen Y, Qingping G, Kejian Z, Zhimin S, Qun L, Junyan L, Jinquan T (2004) CC chemokine ligand 25 enhances resistance to apoptosis in CD4+ T cells from patients with T-cell lineage acute and chronic lymphocytic leukemia by means of living activation. Cancer Res 64: 7579-7587 40. Yuling H, Li L, Xiao W, Tan X, Wu M, Li J, Wang L, Chen L, Xiao R, Huang, Zheng X, Zhou R, Ji X, Xiong J, Jiang Y, Tan J (2011) Differen- 48. Stephens B, Handel TM (2013) Chemokine receptor oligomerization and allostery. Prog Mol Biol Transl Sci 115: 375-420 50. Goldeck D, Larbi A, Pellicanó M, Alam I, Zerr I, Schmidt C, Fulop T, Pawelec G (2013) Enhanced chemokine receptor expression on leukocytes of patients with Alzheimer’s disease. PLoS ONE 8: e66664 51. Subramanian S, Ayala P, Wadsworth TL, Harris CJ, Vandenbark AA, Quinn JF, Offner H (2010) CCR6: a biomarker for Alzheimer’s-like disease in a triple transgenic mouse model. J Alzheim Dis 22: 619-629 52. Izraely S, Klein A, Sagi-Assif O, Meshel T, Tsarfaty G, Hoon DS, Witz IP (2010) Chemokine-chemokine receptor axes in melanoma brain metastasis. Immunol Lett 130: 107-114 53. Rottman JB, Slavin AJ, Silva R, Weiner HL, Gerard CG, Hancock WW (2000) Leukocyte recruitment during onset of experimental allergic encephalomyelitis is CCR1 dependent. Eur J Immunol 30: 2372-2377 54. Trebst C, Sorensen TL, Kivisakk P, Cathcart MK, Hesselgesser J, Horuk R, Sellenbjerg F, Lassmann H, Ransohoff RM (2001) CCR1+/ CCR5+ mononuclear phagocytes accumulate in the central nervous system of patients with multiple sclerosis. Am J Pathol 159: 1701-1710 55. Alt C, Laschinger M, Engelhardt B (2002) Functional expression of the lymphoid chemokines CCL19 (ELC) and CCL 21 (SLC) at the blood-brain barrier suggests their involvement in G-protein-dependent lymphocyte recruitment into the central nervous system during experimental autoimmune encephalomyelitis. Eur J Immunol 32: 2133-2144 56. Forde EA, Dogan RN, Karpus WJ (2011) CCR4 contributes to the pathogenesis of experimental autoimmune encephalomyelitis by regulating inflammatory macrophage function. J Neuroimmunol 236: 17-26 57. Axtell RC, Steinman L (2009) Gaining entry to an uninflamed brain. Nature Immunol 10: 453-455 58. Bielecki B, Mazurek A, Wolinski P, Glabinski A (2007) Expression of chemokine receptors CCR7 and CCR8 in the CNS during ChREAE. Scand J Immunol 66: 383-392 59. Trebst C, Staugaitis SM, Kivisäkk P, Mahad D, Cathcart MK, Tucky B, Wei T, Rani MR, Horuk R, Aldape KD, Pardo CA, Lucchinetti CF, Lassmann H, Ransohoff RM (2003) CC chemokine receptor 8 in the central nervous system is associated with phagocytic macrophages. Am J Pathol 162: 427-438 442www.postepybiochemii.pl 60. Vallat AV, De Girolami U, He J, Mhashilkar A, Marasco W, Shi B, Gray F, Bell J, Keohane C, Smith TW, Gabuzda D (1998) Localization of HIV-1 co-receptors CCR5 and CXCR4 in the brain of children with AIDS. Am J Pathol 152: 167-178 61. Petito CK, Roberts B, Cantando JD, Rabinstein A, Duncan R (2001) Hippocampal injury and alterations in neuronal chemokine co-receptor expression in patients with AIDS. J Neuropathol Exp Neurol 60: 377-385 62. Toyoda H, Miyagawa T, Koike A, Kanbayashi T, Imanishi A, Sagawa Y, Kotorii N, Kotorii T, Hashizume Y, Ogi K, Hiejima H, Kamei Y, Hida A, Miyamoto M, Imai M, Fujimura Y, Tamura Y, Ikegami A, Wada Y, Moriya S, Furuya H, Takeuchi M, Kirino Y, Meguro A, Remmers EF, Kawamura Y, Otowa T, Miyashita A, Kashiwase K, Khor SS, Yamasaki M, Kuwano R, Sasaki T, Ishigooka J, Kuroda K, Kume K, Chiba S, Yamada N, Okawa M, Hirata K, Mizuki N, Uchimura N, Shimizu T, Inoue Y, Honda Y, Mishima K, Honda M, Tokunaga K (2015) A polymorphism in CCR1/CCR3 is associated with narcolepsy. Brain Behav Immun 49: 148-155 Chemokine CC receptors in the nervous system Tomasz Łukasz Radzik1, Andrzej Głąbiński2, Ludmiła Żylińska1,* Department of Molecular Neurochemistry and 2Department of Neurology and Stroke, Medical Uniwersity, 6/8 Mazowiecka Str., 92-215 Lodz, Poland 1 * e-mail: [email protected] Key words: chemokines, chemokine CC receptors, nervous system, neurodegeneration ABSTRACT Chemoattractant cytokines (chemokines) are traditionally known as the important mediators of inflammatory processes, however, recently, is also given to their other functions in the body. Acting through specific receptors belonging to the G proteins they regulate immune processes in the body. About 20 chemokine receptors have been identified so far, and 10 of them bind chemokines CC, i.e. having in amino-terminal domain 2 adjacent molecules of cysteins. An increasing number of data indicates that chemokines and their receptors play an important role in the nervous system by acting as trophic factors, increasing the neurons survival, neural migration and synaptic transmission. Special role chemokine receptors play primarily in the diseases of the nervous system, because due to damage of the blood-brain barrier and the blood cerebrospinal fluid barrier, infiltration of leukocytes results in development of inflammation. Chemokine CC receptors has been shown to participate in Alzheimer’s disease, multiple sclerosis, dementia associated with HIV infection, stroke or some type of cancers. Postępy Biochemii 61 (4) 2015 443
