Cytokine : Ihre Detektion und Messung

Cytokine sind wichtige Signalmoleküle der Zelle, die mit Krankheiten wie Alzheimer, rheumatoider Arthritis und Krebs verbunden sind. In diesem Artikel werden aktuelle Methoden zur Detektion und Messung von Zytokinen vorgestellt und deren Einsatz veranschaulicht.

Was sind Cytokine überhaupt?

Eine Art Protein, das über Mittel von positiven Immun- und Nicht-Immunzellen hergestellt wird und einen Einfluss auf das Immun-Gadget hat. Einige dieser Schlüsselzellen stimulieren das Immun-Gadget und andere allmählich nach unten. Sie können auch im Labor hergestellt werden und zur Bekämpfung von Krebs, Infektionen und verschiedenen Krankheiten verwendet werden. Beispiele für Cytokine sind Interleukine, Interferone und koloniestimulierende Faktoren (Filgrastim, Sargramostim).

Warum Cytokine studieren?

Es ist seit langem bekannt, dass Cytokine die Entwicklung, Aktivierung und Reifung von Immunzellen modulieren, normalerweise durch autokrine (in derselben Zelle) oder parakrine (in einer benachbarten Zelle) Wirkung. Diese Zellen sind jedoch auch in vielen Krankheitszuständen involviert, was sie zu wichtigen Molekülen für das therapeutische Targeting macht. Darüber hinaus sind physiologische Prozesse wie das Altern mit einer veränderten Zellexpression verbunden, während in jüngster Zeit in der COVID-19-Pandemie und in mehreren Immuntherapiestudien eine übermäßige Zytokinsekretion als Todesursache beobachtet wurde. Aus diesen Gründen ist es wichtig, Zytokine genau zu erkennen und zu messen, um zu verstehen, wie sie funktionieren und das Leben der Patienten zu verbessern.“

Proinflammatorisch Zytokine

Das Vorhandensein von Gefahrensignalen (DAMPs) oder pathogenen Mustern (PAMPs) wird von Immunzellen über ihre PRRs wahrgenommen.

Zellen, die im infizierten oder verletzten Gewebe vorhanden sind, wie residente mononukleäre Phagozyten (Makrophagen und dendritische Zellen) und Mastzellen, sind die ersten Zellen, die durch Gefahrensignale aktiviert werden. Als Reaktion auf diese Aktivierung setzen sie Histamin, entzündungsfördernde Cytokine und andere Wirkstoffe frei, die wir hier unter dem Oberbegriff der Entzündungsmediatoren zusammenfassen werden. Die funktionellen Folgen dieser Aktivierung sind die Eliminierung des Erregers (z.B. durch Phagozytose) und/oder die Reparatur der Verletzung (Remodellierung der extrazellulären Matrix).

komplizierende Faktoren

Eine der größten Schwierigkeiten bei der Analyse von Cytokine ist das Verständnis ihrer Wirkungsweise. Während einige dieser Zellen redundant sind (die gleiche Funktionalität wie andere Zellen teilen), sind andere pleiotrop (haben unterschiedliche Auswirkungen auf verschiedene Zelltypen), synergistisch (erfordern die Anwesenheit anderer Zellen, um ihre Funktion auszuüben) oder antagonistisch (sich gegenseitig hemmen), die bei der Ableitung von Schlussfolgerungen aus experimentellen Daten immer berücksichtigt werden müssen.

Darüber hinaus machen mehrere andere Eigenschaften dieser Zellen ihre Studie schwierig. „Cytokine werden oft bei sehr niedrigen picomolaren Konzentrationen exprimiert, was sehr empfindliche Immunoassays für ihren Nachweis erfordert“, erklärt Anne Sloan, Doktorandin, technische Wissenschaftlerin bei Cell Sciences. „Sie sind auch extrem dynamisch, haben aufgrund der transienten Natur der meisten Zytokinsekretionsprozesse eine kurze Halbwertszeit und können eine stark lokalisierte intrazelluläre Signalübertragung aufweisen.“

Die Etablierung normaler Zytokinspiegel kann ebenfalls problematisch sein. „Wenn es um die Analyse von Daten geht, gibt es eine große Variabilität zwischen den einzelnen Zytokinen und ihren Variationen“, erklärt Laurence Loi, Produktmanager für Immunoassays bei Abcam.

Zytokin

Zytokine sind lösliche Botenstoffe, die die Kommunikation zwischen Zellen des Immunsystems vermitteln. Die zelluläre Kommunikation kann entweder durch Zell/Zellkontakte (z.B. durch Adhäsionsmoleküle) oder durch Moleküle gewährleistet werden. Unter ihnen: Cytokine. Dies sind Glykoproteine mit einem niedrigen Molekulargewicht und einer sehr kurzen Halbwertszeit. Tatsächlich wird die Aktivität eines Zytokins durch das Vorhandensein spezifischer Rezeptoren auf der Oberfläche der Zielzelle sichergestellt: Diese ermöglichen die Übertragung der Nachricht. Zytokine sind daher Mediatoren, und ihre Produktion erfolgt hauptsächlich als Reaktion auf das Vorhandensein eines Infektionserregers wie eines Virus oder eines Bakteriums oder eines ihrer Bestandteile. Die Produktion von pro-inflammatorischen Zytokinen wird es insbesondere ermöglichen, die Immunantwort entsprechend der Art des detektierten Signals zu lenken. Diese Zytokinmediatoren können synergistisch oder antagonistisch wirken.

Anomalien und Pathologien

Autoimmunerkrankungen sind Pathologien, die aus einer Dysfunktion des Immunsystems resultieren, die die normalen Bestandteile der Zelle angreift (Typ-1-Diabetes, Multiple Sklerose oder rheumatoide Arthritis sind Beispiele für die häufigsten Autoimmunerkrankungen). Und tatsächlich hat sich gezeigt, dass Autoimmunerkrankungen häufig ein abnormales Zytokinsekretionsprofil aufweisen. Zum Beispiel kann die IL-12-Produktion in Abwesenheit einer Infektion für die Entwicklung von Autoimmunerkrankungen prädisponieren.

Eine weitere mögliche Folge der abnormalen Zytokinsekretion ist Zellsturm. Diese Zellen sind entzündliche Moleküle, die vom Körper freigesetzt werden, wenn sie von einem Krankheitserreger angegriffen werden. Im Prinzip wirken sie nur lokal, aber manchmal geht das Immunsystem in Overdrive und produziert zu viele Cytokine. Wenn sie im ganzen Körper freigesetzt werden, verursachen sie Gewebeschäden. Diese Immunantwort ist unangemessen: Sie kann einen septischen Schock verursachen und tödlich sein. Diese Immunantwort könnte an der Schwere der SARS-CoV-2-Krankheit, COVID-19, beteiligt sein, die Ende 2019 in China aufgetreten ist und derzeit eine weltweite Pandemie verursacht.

Quellen:

1. DiaSorin
2. Gentaur
3. Candida