Kalcineurin (CaN) je proteinová fosfatáza, která hraje důležitou roli při aktivaci imunitní systém T buňky, ale je aktivní také v jiných vápník- zprostředkované signální dráhy v celém těle. Defosforylací NF-AT proteinu tento enzym iniciuje řadu gen přepisy, které jsou primárně odpovědné za charakteristickou práci T lymfocyty. Díky této klíčové pozici je kalcineurin výchozím bodem několika terapeutických postupů pro imunosupresi.
Co je to kalcineurin?
Ve struktuře je enzym složen ze dvou podjednotek: Kalcineurin A (přibližně 60 kDa) zajišťuje katalytickou funkci a nese jedno místo vázající kalmodulin, zatímco kalcineurin B (přibližně 19 kDa) je regulačně aktivní a má dvě vápník místa vázající ionty. V základním stavu je CaN neaktivní, protože část proteinu blokuje aktivní místo - toto je známé jako autoinhibice. Vazba vápník-aktivovaný kalmodulin a ionty vápníku jsou nutné pro plnou aktivaci. Jako fosfatáza je kalcineurin přiřazen k EC číslu 3.1.3.16, které zahrnuje i tyto enzymy které katalyzují hydrolytickou defosforylaci serinových a threoninových zbytků jiných Proteinů.
Funkce, akce a role
Místo vázání substrátu enzymu je selektivní primárně pro NF-ATc (nukleární faktor aktivovaných T-buněk, cytosolický). Tento transkripční faktor je přítomen v cytoplazmě lymfocyty. V základním stavu je NF-Atc fosforylován a tedy neaktivní. Role kalcineurinu v imunitní odpovědi začíná přijetím antigenu - např. Viru, bakterie nebo složek degenerovaných buněk - buňkou imunitní systém (monocyty, makrofágy, dendritické buňky a B buňky). Tato látka je poté zpracována a prezentována na povrchu buňky. Po kontaktu buněk prezentujících antigen s receptorem T buněk T buněk je zahájena signální kaskáda. Tyto extracelulární podněty zvyšují vápník koncentrace v cele. Dochází k vazbě vápníkových iontů na CaN B, která strukturální změnou proteinu uvolňuje autoinhibiční doménu CaN A a zprostředkovává vazbu kalmodulinu na CaN A. Tím se kalcineurin stává plně katalyticky aktivní a defosforyluje oblast bohatou na serin (SRR) v amino konec NF-ATc. To má za následek konformační změnu NF-ATc, v důsledku čehož je transkripční faktor transportován do jádra. Tam spouští transkripci několika genů, které jsou mimo jiné odpovědné za produkci interleukinů, jako je IL-2. IL-2 také zajišťuje aktivaci pomocných T buněk a syntézu cytokinů, čímž řídí práci cytotoxických T buněk. Zatímco pomocné buňky směřují ostatní lymfocyty v imunitní odpovědi - například zráním B buněk do plazmatických buněk nebo paměť buňky a aktivace fagocytů - cytotoxické T buňky jsou odpovědné za destrukci infikovaných nebo degenerovaných somatických buněk. Protože tuto cestu nelze sledovat bez kalcineurinu, hraje enzym klíčovou roli v imunitní odpovědi. Jiný cíl Proteinů enzymu jsou protein vázající protein cAMP (CREB) s vlivem např. na nervový systém a vnitřní hodiny a faktor 2 zvyšující hladinu myocytů (MEF2), který je částečně zodpovědný za diferenciaci buněk během embryonálního vývoje a hraje roli v stres reakce některých tkání u dospělých.
Vznik, výskyt, vlastnosti a optimální úrovně
Existují různé izoformy dvou podjednotek (CaN A: 3 izoformy, CaN B: 2 izoformy), z nichž některé jsou vyjádřeny odlišně v závislosti na oblasti těla. Vyniká zejména CaN A γ, který se nachází výhradně ve varlatech a je do něj zapojen spermie zrání tam. Přes svoji významnou roli v EU imunitní systém a nervylze předpokládat, že kalcineurin se nachází téměř ve všech tkáních. Regulace není ani tak zvýšením nebo snížením syntézy, ale prostřednictvím kalcininurinového inhibitoru CAIN. Tím se zabrání například defosforylaci NF-AT. Regulace negativní zpětné vazby pomocí RCAN1 zajišťuje, že se nevytváří nadměrné cytosolické koncentrace CaN. V tomto procesu se aktivovaný (defosforylovaný) NF-AT váže na gen promotor RCAN1 v jádře, čímž spouští transkripci. Výsledný RCAN1 se váže na CaN a inhibuje jeho aktivitu.
Nemoci a poruchy
Kalcineurin je aktivním cílem inhibitorů kalcineurinu, jako je cyklosporin, pimekrolimus, a takrolimus. Inhibice fosfatázového působení CaN způsobuje imunosupresi, která je žádoucí například po transplantace orgánů snížit pravděpodobnost odmítnutí nebo v autoimunitní onemocnění bojovat proti zánětlivým procesům. Inhibitory CaN se tedy také používají k léčbě revmatoidních onemocnění. Dalšími v současnosti zkoumanými přístupy jsou léčba tuberkulóza infekce, schizofrenie a cukrovka. Výlučný výskyt CaN A γ ve varlatech naznačuje možnou roli ve vývoji antikoncepční prostředky. V případech srdeční hypertrofie zahrnující dráhu CaN-NA-FT, rozvoji hypertrofie lze zabránit pomocí správa inhibitorů CaN. Lidé s Downův syndrom mít tři 21 chromozomy místo obvyklých dvou, které kódují protein inhibující kalcineurin. Tento inhibitor brání kalcineurinu v interakci s buňkami krev plavidla a v nich spouští procesy šíření. To je zvláště důležité v případě nádorů, protože zajišťují jejich krev dodávky prostřednictvím kalcineurinu, mimo jiné. Zasahování v tomto bodě může tedy účinně zabránit progresi rakovina. Například mnohem nižší výskyt nádorů se vyskytuje u lidí s Downův syndroma doufáme, že cílená inhibice tohoto procesu poskytne výhody v boji proti rakovina v budoucnu. V poslední době také přibývá důkazů, že dysregulace kalcineurinu související s věkem může také hrát roli ve vývoji neuronových onemocnění, jako je Alzheimerova choroba choroba. Výzkum signálních drah, do nichž je zapojen enzym, odhaluje na biochemické mapě stále více bílých skvrn. Zároveň otevírá naději, že pomocí tohoto klíčového proteinu bude možné v budoucnu lépe porozumět a léčit celou řadu různých onemocnění.
