Kalcinevrin

Kalcinevrin (CaN) je beljakovinska fosfataza, ki ima pomembno vlogo pri aktiviranju T celic imunskega sistema, vendar je aktivna tudi v drugih kalcijem posredovanih signalnih poteh po telesu. Z dephosforilacijo proteina NF-AT ta encim sproži niz genskih prepisov, ki so v glavnem odgovorni za značilno delo T limfocitov. Zahvaljujoč temu ključnemu položaju je kalcinevrin izhodišče za številne terapevtske metode imunosupresije.

Kaj je kalcinevrin?

Encim sestavljata dve podenoti: Kalcinevrin A (približno 60 kDa) skrbi za katalitično funkcijo in ima mesto vezave kalmodulina, kalcineurin B (približno 19 kDa) pa je regulativno aktiven in ima dve mesti vezave kalcijevih ionov.

CaN je v svojem osnovnem stanju neaktiven, ker del beljakovin blokira aktivni center - temu rečemo avtoinhibicija. Za popolno aktivacijo je potrebna vezava kalmodulinskih in kalcijevih ionov, ki se aktivirajo s kalcijem. Kalcinevrin je kot fosfataza dodeljen številka ES 3.1.3.16, ki vsebuje tiste encime, ki katalizirajo hidrolizno deposforilacijo ostankov serina in treonina v drugih beljakovinah.

Funkcija, učinek in naloge

Še posebej je selektivno mesto vezave substrata za NF-ATc (jedrski faktor aktiviranih T-celic, citosolna). Ta transkripcijski faktor najdemo v celični plazmi limfocitov. V osnovnem stanju je NF-Atc fosforiliran in zato neaktiven.

Vloga kalcinevrina v imunskem odzivu se začne z vnosom antigena - npr. virusa, bakterije ali sestavnih delov degeneriranih celic - s celico imunskega sistema (monociti, makrofagi, dendritične celice in celice B). Ta snov se nato predela in predstavi na površini celice.

Ko celice, ki predstavljajo antigen, pridejo v stik s T-celičnim receptorjem T-celic, se sproži signalna kaskada. Ti zunajtelesni dražljaji povečajo koncentracijo kalcija v celici. Kalcijevi ioni se vežejo na CaN B, ki s spremembo strukture proteina raztopi avtoinhibicijsko domeno CaN A in posreduje vezavo kalmodulina na CaN A. Zaradi tega je kalcinevrin popolnoma katalitično aktiven in defosforilira regijo, bogato s serinom, v amino terminalu NF-ATc. Posledica tega je konformacijska sprememba NF-ATc, zaradi česar se transkripcijski faktor prenaša v jedro celice. Tam sproži prepis več genov, ki so med drugim odgovorni za proizvodnjo interlevkinov, kot je IL-2.

IL-2 zagotavlja tudi aktiviranje T helper celic in sintezo citokinov, s čimer usmerja delo citotoksičnih T celic. Medtem ko pomožne celice v imunskem odzivu nadzorujejo druge limfocite - npr. z zorenjem celic B v plazemskih celicah ali spominskih celicah in aktiviranjem fagocitov - citotoksične T celice so odgovorne za uničenje okuženih ali degeneriranih celic v telesu. Ker te poti ni mogoče slediti brez kalcinevrina, igra encim ključno vlogo pri imunskem odzivu.

Nadaljnji ciljni proteini encima so protein, ki veže odziv cAMP (CREB) z vplivom, npr. na živčni sistem in notranji faktor 2 in ojačevalec miocitov (MEF2), ki je delno odgovoren za diferenciacijo celic v embrionalnem razvoju in ima vlogo pri stresnem odzivu nekaterih tkiv pri odraslih.

Izobraževanje, pojav, lastnosti in optimalne vrednosti

Obstajajo različne izoforme obeh podenot (CaN A: 3 izoformi, CaN B: 2 izoformi), od katerih so nekatere izražene različno, odvisno od regije telesa. Predvsem izstopa CaN A γ, ki se pojavlja izključno v testisih in je tam vključen v zorenje semen. Kljub pomembni vlogi, ki jo ima v imunskem sistemu in živcih, lahko domnevamo, da kalcineurin najdemo v skoraj vseh tkivih. Regulacija poteka manj s povečanjem ali zmanjšanjem sinteze, ampak preko kalcinevrin zaviralca CAIN. To preprečuje npr. deposforilacija NF-AT.

Regulacija negativnih povratnih informacij s strani RCAN1 zagotavlja, da ne pride do prekomerno visoke koncentracije CaN v citosolu. Aktivirani (dephosforilirani) NF-AT se veže na genski promotor RCAN1 v celičnem jedru in s tem sproži transkripcijo. Nastali RCAN1 se veže na CaN in zavira njegovo aktivnost.

Bolezni in motnje

Kalcinevrin je tarča zaviralcev kalcinevrina, kot so Ciklosporin, pimekrolimus in takrolimus. Z zaviranjem delovanja fosfataze CaN povzroči imunosupresijo, ki npr. po presaditvah organov, da se zmanjša verjetnost zavrnitve ali pri avtoimunskih boleznih za boj proti vnetnim procesom.

Tako se zaviralci CaN uporabljajo tudi za zdravljenje bolezni iz revmatoidne skupine. Drugi pristopi, ki se trenutno raziskujejo, so boj proti tuberkulozi, shizofreniji in diabetesu. Izključna prisotnost CaN A γ v testisih pomeni možno vlogo pri razvoju kontracepcijskih sredstev. V primerih srčne hipertrofije, v katere je vključena signalna pot CaN-NA-FT, bi razvoj hipertrofije lahko preprečili z dajanjem zaviralcev CaN.

Ljudje z Downovim sindromom imajo namesto običajnih dveh tri 21 kromosome, ki kodirajo protein, ki zavira kalcinevrin. Ta zaviralec preprečuje interakcijo kalcinevrina s celicami krvnih žil in v teh sproži procese proliferacije. To dejstvo je še posebej pomembno pri tumorjih, saj ti med drugim zagotavljajo njihovo preskrbo s krvjo preko kalcinevrina. Posegi na tej točki lahko učinkovito preprečijo napredovanje raka. Tako lahko najdete npr. bistveno nižja pojavnost tumorjev pri ljudeh z Downovim sindromom in upa, da bo ciljno zaviranje tega procesa v prihodnosti prineslo prednosti v boju proti raku.

V zadnjem času je tudi vedno več dokazov, da bi lahko starostna disregulacija kalcinevrina igrala tudi vlogo pri razvoju nevronskih bolezni, kot je Alzheimerjeva bolezen. Raziskave signalnih poti, v katere je encim vključen, odkrivajo vse več belih madežev na biokemijskem zemljevidu. Hkrati pa odpira upanje, da bomo s pomočjo tega ključnega proteina v prihodnosti lažje razumeli in zdravili različne bolezni.