Калциневрин (CaN) е протеинова фосфатаза, която играе важна роля в активирането на имунната система Т клетки, но е активен и в други калций-посредствани сигнални пътища в цялото тяло. Чрез дефосфорилиране на NF-AT протеина, този ензим инициира серия от ген преписи, които са главно отговорни за характерната работа на Т лимфоцити. Благодарение на тази ключова позиция, калциневринът е отправна точка на няколко терапевтични процедури за имуносупресия.
Какво е калциневрин?
Структуриран, ензимът се състои от две субединици: Калциневрин А (приблизително 60 kDa) осигурява каталитична функция и носи едно място за свързване с калмодулин, докато калциневрин В (приблизително 19 kDa) е активно регулаторен и има две калций йон-свързващи сайтове. В основно състояние CaN е неактивен, тъй като част от протеина блокира активното място - това е известно като автоинхибиране. Обвързване на калций-активираните калмодулинови и калциеви йони са необходими за пълно активиране. Като фосфатаза, калциневринът е присвоен на EC номер 3.1.3.16, който включва тези ензими които катализират хидролитичното дефосфорилиране на остатъци от серин и треонин от други протеини.
Функция, действие и роли
Субстрат-свързващото място на ензима е селективно предимно за NF-ATc (ядрен фактор на активирани Т-клетки, цитозолен). Този транскрипционен фактор присъства в цитоплазмата на лимфоцити. В основно състояние NF-Atc е фосфорилиран и по този начин неактивен. Ролята на калциневрин в имунния отговор започва с усвояването на антиген - напр. Вирус, бактерия или компоненти на дегенерирали клетки - от клетка на имунната система (моноцити, макрофаги, дендритни клетки и В клетки). След това това вещество се обработва и представя на повърхността на клетката. При контакт на антиген-представящи клетки с Т-клетъчния рецептор на Т-клетките се инициира сигнална каскада. Тези извънклетъчни стимули увеличават калция концентрация в клетката. Настъпва свързване на калциеви йони с CaN B, което чрез структурна промяна на протеина освобождава автоинхибиторния домейн на CaN A и медиира свързването на калмодулина с CaN A. С това калциневринът става напълно каталитично активен и дефосфорилира богатия на серин регион (SRR) в амино край на NF-ATc. Това води до конформационна промяна на NF-ATc, в резултат на което транскрипционният фактор се транспортира в ядрото. Там той задейства транскрипцията на няколко гена, които са отговорни, наред с други неща, за производството на интерлевкини като IL-2. IL-2 също така осигурява активирането на Т хелперни клетки и синтеза на цитокини, като по този начин насочва работата на цитотоксичните Т клетки. Докато помощните клетки насочват други лимфоцити в имунния отговор - например чрез узряване на В клетки в плазмени клетки или памет клетки и активиране на фагоцити - цитотоксичните Т клетки са отговорни за унищожаването на заразени или дегенерирани соматични клетки. Тъй като този път не може да се следва без калциневрин, ензимът играе ключова роля в имунния отговор. Друга цел протеини на ензима са свързващият протеин елемент на CAMP отговор (CREB) с влияние, например върху нервната система и вътрешният часовник и фактор за усилване на миоцитите 2 (MEF2), който е частично отговорен за диференциацията на клетките по време на ембрионалното развитие и играе роля в стрес отговор на някои тъкани при възрастни.
Образуване, поява, свойства и оптимални нива
Съществуват различни изоформи на двете субединици (CaN A: 3 изоформи, CaN B: 2 изоформи), някои от които се изразяват по различен начин в зависимост от телесната област. По-специално се откроява CaN A γ, който се намира изключително в тестисите и участва в него сперма узряване там. Въпреки видната си роля в имунната система намлява нерви, може да се приеме, че калциневринът се намира в почти всички тъкани. Регулацията не е толкова чрез увеличаване или намаляване на синтеза, но чрез калциневринов инхибитор CAIN. Това предотвратява, например, дефосфорилирането на NF-AT. Регулирането на отрицателната обратна връзка от RCAN1 гарантира, че не се генерират прекомерни цитозолни концентрации на CaN. В този процес активираният (дефосфорилиран) NF-AT се свързва с ген промотор на RCAN1 в ядрото, като по този начин предизвиква транскрипция. Полученият RCAN1 се свързва с CaN и инхибира неговата активност.
Болести и разстройства
Калциневринът е активната цел на инхибиторите на калциневрин като циклоспорин, примекролемус, и такролимус. Инхибирането на фосфатазното действие на CaN причинява имуносупресия, която е желателна, например след трансплантация на органи за да се намали вероятността за отхвърляне или в автоимунни заболявания за борба с възпалителните процеси. По този начин, CaN инхибиторите се използват и за лечение на ревматоидни заболявания. Други подходи, които се изследват в момента, са лечението на туберкулоза инфекция, шизофрения намлява диабет. Изключителната поява на CaN A γ в тестисите предполага възможна роля в развитието на контрацептиви. В случаите на сърдечни хипертрофия с участието на пътя CaN-NA-FT, развитието на хипертрофия може да бъде предотвратено чрез администрация на CaN инхибитори. Хора с Синдром на Даун имат три 21 хромозоми вместо обичайните две, които кодират протеин, инхибиращ калциневрин. Този инхибитор предотвратява взаимодействието на калциневрин с клетки на кръв съдове и задействане на процеси на разпространение в тях. Това е особено важно в случая на тумори, тъй като те осигуряват тяхното кръв доставка между другото чрез калциневрин. По този начин намесата в този момент може ефективно да предотврати прогресията на рак. Например, много по-ниска честота на тумори се открива при хора с Синдром на Дауни се надяваме, че целенасоченото инхибиране на този процес ще осигури предимства в борбата срещу рак в бъдеще. Напоследък има все повече доказателства, че свързаната с възрастта дисрегулация на калциневрин може също да играе роля в развитието на невронални заболявания като Алцхаймер болест. Изследванията на сигналните пътища, в които участва ензимът, разкриват все повече бели петна на биохимичната карта. В същото време това отваря надеждата, че разнообразие от различни заболявания могат да бъдат по-добре разбрани и лекувани в бъдеще с помощта на този ключов протеин.
