Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Wpływ interleukiny 15 na rozwój chorób autoimmunologicznych
Interleukina 15 (IL-15) pełni w komórce funkcje zarówno fizjologiczne, jak i patologiczne przyczyniając się do rozwoju chorób. Zaobserwowano także możliwości jej zastosowania w leczeniu chorób nowotworowych, ze względu na pobudzanie m.in. limfocytów NK. Zaburzenia regulacji ekspresji IL-15 są obserwowane w chorobach autoimmunologicznych takich jak: łuszczyca, toczeń rumieniowaty układowy, nieswoiste choroby zapalne jelit, choroba trzewna, stwardnienie rozsiane czy reumatoidalne zapalenie stawów. Poza tym zaobserwowano związek pomiędzy podwyższonym stężeniem IL-15 a częstością odrzucania przeszczepów. W niniejszym artykule zostaną przybliżone mechanizmy odpowiedzialne za autoimmunizację, a także możliwe do wykorzystania strategie leczenia.

 

Interleukina 15 (IL-15) należy do rodziny cytokin zawierających cztery α-helisy i wiąże się z podjednostkami β oraz γ receptora dla IL-2, cechą odróżniającą jest występowanie dodatkowo podjednostki α specyficznej dla IL-15. Ekspresja IL-15 zachodzi w wielu komórkach m.in. monocytach, makrofagach, komórkach dendrytycznych, keratynocytach i komórkach naskórka, fibroblastach, mięśniach, nerkach, płucach oraz łożysku. W przeciwieństwie do IL-2 nie jest produkowana w limfocytach T.

Kompleks tworzący receptor IL-15 (IL-15R) ulega natomiast ekspresji w monocytach, komórkach dendrytycznych, limfocytach T i NK oraz fibroblastach. IL-15R może występować jako receptor związany z błoną oraz w formie rozpuszczonej. Zaobserwowano również, że może występować zarówno w formie heterotrimeru, jak i w formie pojedynczych podjednostek. Kompleks IL-15Rβγ jest pobudzany poprzez sygnały kinaz Janusowych 1 i 3 (JAK1/3) oraz przez przekaźnik sygnału i aktywator transkrypcji 3 i 5 (STAT3/5). Poza tym szlakiem, sygnały mogą być także przekazywane na drodze stymulacji szlaku kinazy 3-fosfatydyloinozytolu (PI3K)/AKT oraz szlakiem Ras/Raf/kinaza białkowa aktywowana mitogenami (MAPK). Natomiast forma cytoplazmatyczna IL-15Rα może pobudzać czynnik jądrowy (NF) κβ poprzez aktywację czynnika związanego z receptorem TNF (TRAF) 2.

IL-15 występuje ponadto w dwóch formach splicingowych: SSP (short signal peptide) oraz LSP (long sygnał peptide), które różnią się między sobą długością peptydu sygnałowego (liderowego) oraz dystrybucją wewnątrzkomórkową i sposobem sekrecji. Zaobserwowano, że IL-15 po związaniu wewnątrzkomórkowo z IL-15Rα mogą zostać wydzielone na zewnątrz komórki, IL-15 nie tworząca kompleksu z receptorem lokuje się wewnątrzkomórkowo w postaci rozproszonej w cytoplazmie. Obserwacje wykazały również, że forma SSP-IL-15 lokalizuje się w jądrze, gdzie po utworzeniu kompleksu z IL-15Rα jest zdolna do regulacji transkrypcji genu dla IL-15. Forma LSP-IL-15 jest natomiast preferencyjnie wydzielana na zewnątrz komórki. Ciekawe jest, że mimo identycznej sekwencji aminokwasowej dojrzałej IL-15, formy SSP i LSP różnią się właściwościami co prawdopodobnie ma związek z modyfikacją posttranslacyjną różniącą się w zależności od peptydu sygnałowego [1,2,6].

 

Funkcje IL-15

Jedną z podstawowych funkcji IL-15 jest jej wpływ na różnicowanie komórek NK, które są zdolne do zabijania zainfekowanych komórek m.in. nowotworowych bez wcześniejszej ekspozycji.

W badaniach na modelu zwierzęcym zaobserwowano, że niedobór IL-15 lub IL-15R skutkuje niedoborem komórek NK, a także przeżywalność dojrzałych komórek NK ulega ścisłej kontroli przez IL-15. Ponadto dojrzałe formy komórek NK mogą zostać aktywowane na poprzez komórki dendrytyczne produkujące zarówno IL-15, jak i IL-15Rα. Aktywowane w ten sposób komórki NK charakteryzują się wzmożoną cytotoksycznością, a także zwiększonym wytwarzaniem cytokin m.in. interferonu-γ (INF-γ), czynnika stymulującego kolonie granulocytów i makrofagów (GM-CSF) oraz czynnika martwicy nowotworu – α (TNF-α).

Poza wpływem na komórki NK, IL-15 odgrywa również rolę czynnika stymulującego dojrzewanie makrofagów oraz komórek dendrytycznych – wzmagając aktywność fagocytową monocytów, makrofagów, a także stymulując produkcję czynników prozapalnych takich jak IL-8 czy białka chemotaktycznego monocytów 1 (MCP-1). Jak już wspomniano dzięki wpływowi na komórki dendrytyczne oraz zwiększonej produkcji INF-γ opisywana interleukina aktywuje komórki NK oraz antygenowo specyficzne limfocyty T CD8, a także wraz z GM-CSF promuje różnicowanie monocytów.

W przypadku neutrofilów wpływa na zwiększenie zdolności do fagocytozy oraz przeżywalności komórek oraz podobnie jak w przypadku monocytów – zwiększa syntezę IL-8.

IL-15 działa również jako czynnik wzrostu komórek tucznych wpływając – podobnie jak w poprzednich przypadkach – na proliferację oraz apoptozę komórek, a także wywiera pozytywny wpływ na populację limfocytów T. Analogicznie jak w przypadku komórek NK - wywiera wpływ na limfocyty NKT wpływając na zdolność kontrolowania infekcji. IL-15 stymuluje również populację jelitowych śródnabłonkowych limfocytów (IEL), którą stanowią charakterystyczne limfocyty T CD8 z ekspresją CD8αα oraz TCRαβ lub TCRγδ.

Badacze zaobserwowali, że IL-15 wpływa także na wytworzenie komórek pamięci immunologicznej – promując proliferację limfocytów T CD8 pamięci. Poza tym, podobnie jak w przypadku komórek NK – komórki dendrytyczne poprzez oddziaływanie z IL-15 pośredniczą w tym działaniu.

Wydaje się, że poprzez stymulację proliferacji limfocytów Th17, IL-15 bierze udział w autoimmunizacji. Pobudzone limfocyty Th17 wydzielają IL-17, która uczestniczy w rozwoju chorób autoimmunologicznych.

Podobnie w przypadku limfocytów B – uwidoczniono pobudzenie proliferacji i produkcji przeciwciał poliklonalnych IgG1, IgA, IgM oraz hamowanie apoptozy pod wpływem IL-15 [1,2,6].

 

IL-15 vs choroby autoimmunologiczne

Jak już wspomniano powyżej, IL-15 ma swój udział w autoimmunizacji. Pierwszym przykładem może być choroba trzewna (celiakia) [2,3], która powoduje uszkodzenie komórek i skrócenie kosmków jelita cienkiego. Wywoływana jest przez gluten – białko występujące naturalnie w zbożach (pszenica, jęczmień, żyto). Zaobserwowano, że gluten poprzez pobudzenie wytwarzania reaktywnych limfocytów T CD4 wpływa na zwiększenie wydzielania IL-15 i następnie pobudzenie komórek dendrytycznych. Pobudzone komórki dendrytyczne w kolejnym etapie stymulują m.in. komórki NK oraz makrofagi, które odpowiadają za uszkodzenie błony śluzowej jelit. Zwiększony poziom IL-15 wpływa zarówno na aktywację, jak i hamowanie apoptozy IEL z udziałem fosforylacji Jak3, STAT5 oraz ekspresji Bcl-xL, co przekłada się na przewlekły stan zapalny w jelitach i możliwość powstania powikłań jak np. chłoniaka T-komórkowego.

Jedną ze strategii leczenia jest zastosowanie przeciwciała monoklonalnego, blokującego szkodliwe działanie IL-15. Badania z użyciem humanizowanego przeciwciała AMG714 wykazały skuteczność w hamowaniu endogennej aktywacji fosforylacji Jak3 oraz STAT5 w błonie śluzowej pacjentów oraz stymulacji apoptozy IEL, co wpływało na zmniejszenie poziomu IEL.

Kolejny przykład chorób, w których patogenezie bierze udział IL-15 stanowią nieswoiste choroby zapalne jelit [2], do których zaliczamy m.in. chorobę Leśniowskiego-Crohna (CD - Crohn’s disease) oraz wrzodziejące zapalenie jelita grubego (CU – colitis ulcerosa).

Charakterystyczną cechę stanowi tutaj naciek aktywowanych limfocytów T i B oraz makrofagów wydzielających cytokiny, które wpływają na utrzymanie przewlekłego stanu zapalnego. W badaniach na modelu zwierzęcym z knockoutem genu dla IL-15 zaobserwowano w grupie badanej mniejsze nasilenie objawów oraz większe prawdopodobieństwo przeżycia wywołanego dekstranem siarczanu sodu CU w porównaniu z grupą kontrolną. Poza tym zaobserwowano mniejszą liczbę komórek naciekających błonę śluzową jelit. Z drugiej strony wykazano, że nadekspresja IL-15 indukowana przewlekłym zapaleniem jelit, wpływa na wzrost liczby limfocytów T CD8 oraz NK, a także wzrost produkcji INF-γ i TNF-α. Poza wzrostem ekspresji genu IL-15, wzrasta także ekspresja genu IL-15Rα – zgodnie z obserwacjami dotycząca limfocytów B, a także limfocytów T CD4 z ekspresją NKG2D.

Poza tym ciekawe są obserwacje dotyczące różnicy w ekspresji cytokin pomiędzy CD a CU – w przypadku CU obserwowano wzrost transkrypcji genu IL-15, zarówno w obszarach zmienionych, jak i niezmienionych chorobowo. Natomiast badając poziom białka IL-15 - wzrost stężenia zarówno w przypadku CU jak i CD.

Zaobserwowano również spadek poziomu w surowicy IL-15, a także wzrost IL-15Rα oraz kompleksów IL-15/IL-15Rα u pacjentów z CD leczonych przeciwciałem monoklonalnym anty-TNF-α (infliximab). Uzyskane wyniki podkreślają interesujący związek IL-15 z nieswoistymi chorobami zapalnymi jelit.

IL-15 bierze także udział w patogenezie twardziny układowej [2], którą cechuje zwłóknienie skóry i narządów wewnętrznych m.in. płuc, serca, nerek czy przewodu pokarmowego, spowodowane nadprodukcją przez fibroblasty i odkładaniem kolagenu. Patogeneza nie została do końca wyjaśniona jednak wiadomo, że za nadprodukcję odpowiadają złożone mechanizmy pomiędzy komórkami układu immunologicznego m.in. limfocytami T, B, makrofagami oraz komórkami tucznymi. W badaniach na zwierzęcym modelu choroby zaobserwowano wyraźnie wyższą liczbę komórek tucznych oraz ekspresji mRNA dla TGF-β, czynnika komórek macierzystych oraz IL-15. Obecność nadekspresji IL-15 może być odpowiedzialna częściowo za rozwój choroby ze względu na pobudzanie proliferacji oraz hamowanie apoptozy komórek tucznych. Podwyższony poziom IL-15 zaobserwowano także w surowicy pacjentów cierpiących na tę chorobę.

W przypadku reumatoidalnego zapalenia stawów (RZS) [2,6] (choroby spowodowanej przewlekłym zapaleniem błony maziowej stawów wraz z deformacją i zniszczeniem chrząstki stawowej zaatakowanych stawów, z objawami takimi jak: ból, sztywność oraz deformacja małych i średnich stawów) IL-15 oddziałuje prawdopodobnie na kilku płaszczyznach wśród których można wymienić autokrynne pobudzenie i hamowanie apoptozy synowiocytów podobnych do fibroblastów, przez które jest produkowana. Poza tym IL-15 pobudza limfocyty T, które gromadzą się w stawach będąc przyczyną stanu zapalnego, a także pobudzają makrofagi do produkcji cytokin takich jak TNF-α. Zaobserwowano także pozytywny wpływ IL-15 na poziom limfocytów T CD4+ CD57+ CD28+, a także zwiększają produkcję IL-17, która także występuje w podwyższonym stężeniu w błonie maziowej zajętych stawów, pośrednicząc w uszkodzeniu tkanki. Kolejną płaszczyzną jest pobudzanie neutrofilów oraz komórek NK – promując w ten sposób przewlekłą reakcję zapalną oraz cytotoksyczność.

W podobnym mechanizmie – wpływając na wzrost proliferacji oraz przeżywalności komórek – IL-15 wpływa na rozwój łuszczycy [2], która charakteryzuje się nadmiernym rozrostem naskórka wraz z przedwczesnym dojrzewaniem keratynocytów i zaburzonym rogowaceniem. Obserwowane w tym przypadku są także nacieki zapalne złożone m.in. z limfocytów T, makrofagów, komórek dendrytycznych i neutrofilów. Poza IL-15 obserwowana jest także wzmożona ekspresja innych cytokin wśród których zaobserwowano IFN-γ i TNF-α.

Udziału IL-15 upatruje się także w chorobie dotyczącej ośrodkowego układu nerwowego (OUN) – stwardnieniu rozsianym (SM) [2]. W przebiegu choroby na skutek przewlekłego stanu zapalnego wywołanego przez aktywowane limfocyty Th1 oraz Th17 przenikające przez barierę krew-mózg - dochodzi do demielinizacji włókien nerwowych w OUN i uszkodzenia mózgu.

Zgodnie z wynikami części badań [2] postulowany jest mechanizm ochronny IL-15 – przy użyciu modelu zwierzęcego z knockoutem genu IL-15 obserwowano nasilenie objawów choroby oraz zwiększony poziom m.in. IL-17, IL-6 i IFN-γ w porównaniu do grupy kontrolnej.

Jednak wyniki ostatnich badań [4] podważają tę teorię, ponieważ zaobserwowano dodatnią korelację pomiędzy poziomem w zmianach chorobowych specyficznych limfocytów T CD4+ CD28, wykazujących zbliżone właściwości cytotoksyczne do komórek NK a stężeniem IL-15, która zgodnie z obserwacjami jest produkowana także przez astrocyty. IL-15 wywiera prawdopodobnie wpływ na limfocyty CD4+ CD28- przez tworzenie kompleksów z podjednostką β IL-15R.

 

Szczepionka przeciw IL-15?

Po opracowaniu przeciwciała monoklonalnego (AMG714) blokującego działanie IL-15 podjęto próbę opracowania szczepionki, której celem byłoby wytworzenie przeciwciał przeciwko IL-15 poprzez aktywną immunizację [5]. Ostatnio opublikowane badania donoszą o pozytywnych wynikach badań z wykorzystaniem rekombinowanej IL-15 (mhIL-15) jako antygenu podawanego w postaci szczepionki – zarówno wyniki badań na hodowlach komórkowych, jak i modelu zwierzęcym z wykorzystaniem małpy (Macaca fascicularis) wykazały udaną immunizację przy pomocy mkIL-15, która skutkowała neutralizacją szkodliwego działania IL-15 bez niekorzystnego wpływu na populację komórek NK i limfocytów T. Pełną immunizację osiągnięto po serii trzech szczepień, jednak po 3 miesiącach miano przeciwciał uległo obniżeniu. Odnotowano jednak możliwość powtórnej immunizacji po zastosowaniu dawki przypominającej szczepionki. Dodatkowo zaobserwowano obniżenie poziomu TNF-α w błonie maziowej dwóch pacjentów cierpiących na RZS po zastosowaniu szczepionki.

Wymagane są jednak dalsze badania zarówno z wykorzystaniem zwierząt, jak i badania kliniczne w celu określenia bezpieczeństwa stosowania u ludzi cierpiących na choroby autoimmunologiczne.

 

Podsumowując doniesienia dotyczące związku IL-15 z chorobami autoimmunologicznymi można wysunąć wniosek, że nadekspresja badanej interleukiny stanowi ważne ogniwo w patogenezie chorób z autoagresji. Jednakże wraz ze wzrostem wiedzy dotyczącej czynników rozwoju chorób jesteśmy w stanie zaprojektować leki działające w punktach strategicznych odpowiadających za autoimmunizację, czego zwieńczeniem są badania nad skutecznością zarówno rekombinowanej szczepionki, jak i przeciwciał monoklonalnych neutralizujących działanie IL-15. Wyniki ostatnich badań przybliżają nas zatem do skutecznego leczenia oraz znacznej poprawy jakości życia osób cierpiących na choroby z autoagresji.

Źródła

Literatura:

 

1. Barbara Zyżynska-Granica. INTERLEUKIN 15-WHAT DO WE KNOW? THE STRUCTURE, RECEPTORS AND INHIBITORS. Postepy Biologii Komorki 38(3):435-452 · January 2011

 

2. Di Sabatino A, Calarota SA, Vidali F, et al. Role of IL-15 in immune-mediated and infectious diseases. Cytokine Growth Factor Rev. 2011 Feb;22(1):19-33. doi: 10.1016/j.cytogfr.2010.09.003.

 

3. V. Abadie, B. Jabri „IL-15: a central regulator of celiac disease immunopathology” Immunol Rev. 2014 July ; 260(1): 221–234. doi:10.1111/imr.12191.

 

4. Broux B, Mizee MR, Vanheusden M, et al. IL-15 amplifies the pathogenic properties of CD4+CD28- T cells in multiple sclerosis. J Immunol. 2015 Mar 1;194(5):2099-109. doi: 10.4049/jimmunol.1401547.

 

5. Rodríguez-Álvarez Y, Morera-Díaz Y, Gerónimo-Pérez H, et al. Active immunization with human interleukin-15 induces neutralizing antibodies in non-human primates. BMC Immunology. 2016;17:30. doi:10.1186/s12865-016-0168-6.

 

6. Yang XK, Xu WD Leng RX, et al. Therapeutic potential of IL-15 in rheumatoid arthritis. Hum Immunol. 2015 Nov;76(11):812-8. doi: 10.1016/j.humimm.2015.09.041.

 

 

Grafika:

 

http://www.nature.com/nri/journal/v15/n12/abs/nri3919.html

 

https://pl.wikipedia.org/wiki/Reumatoidalne_zapalenie_staw%C3%B3w

 

http://diseasespictures.com/wp-content/uploads/2012/10/colitis.jpg

 

http://metodonovaline.com/

 

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Psoriasis_on_back1.jpg

 

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Journal.pone.0057573.g005.png

 

https://pl.wikipedia.org/wiki/Plik:Red_White_Blood_cells.jpg

KOMENTARZE
news

<Czerwiec 2017>

pnwtśrczptsbnd
29
30
31
1
2
3
4
6
KIS Technology Open Day
2017-06-06 do 2017-06-06
7
8
10
Wprowadzenie do analizy danych RNA-Seq
2017-06-10 do 2017-06-11
11
12
13
14
Audyt Laboratorium Mikrobiologicznego
2017-06-14 do 2017-06-14
15
16
17
18
21
24
NGS w badaniach regulacji genów
2017-06-24 do 2017-06-25
25
28
29
2
Newsletter