Granzym
Granzymy to proteazy serynowe uwalniane przez ziarnistości cytoplazmatyczne w cytotoksycznych komórkach T i komórkach naturalnych zabójców (NK). Indukują zaprogramowaną śmierć komórki (apoptozę) w komórce docelowej, eliminując w ten sposób komórki, które stały się nowotworowe lub są zakażone wirusami lub bakteriami . Granzymy zabijają również bakterie i hamują replikację wirusa. W komórkach NK i komórkach T granzymy są pakowane w granulki cytotoksyczne wraz z perforyną . Granzymy można również wykryć w retikulum endoplazmatycznym szorstkim, zespole Golgiego i retikulum trans-Golgiego. Zawartość granulek cytotoksycznych umożliwia wejście granzymów do cytozolu komórki docelowej. Granulki są uwalniane do synapsy immunologicznej utworzonej z komórką docelową, gdzie perforyna pośredniczy w dostarczaniu granzymów do endosomów w komórce docelowej, a ostatecznie do cytozolu komórki docelowej. Granzymy należą do rodziny esterazy serynowej. Są one blisko spokrewnione z innymi immunologicznymi proteazami serynowymi, których ekspresja zachodzi w komórkach odporności wrodzonej, takimi jak elastaza neutrofilowa i katepsyna G.
Granzym B aktywuje apoptozę poprzez aktywację kaspaz (zwłaszcza kaspazy-3 ), która rozszczepia wiele substratów, w tym DNazę aktywowaną kaspazami, w celu spowodowania śmierci komórki. Granzym B rozszczepia również białko Bid , które rekrutuje białka Bax i Bak do zmiany przepuszczalności błony mitochondriów, powodując uwolnienie cytochromu c (który jest jedną z części potrzebnych do aktywacji kaspazy-9 przez apoptosom ), Smac/ Diablo i Omi/HtrA2 (które tłumią inhibitor białek apoptozy (IAP)), wśród innych białek. Granzym B rozszczepia również wiele białek odpowiedzialnych za apoptozę przy braku aktywności kaspazy. Inne granzymy aktywują śmierć komórki przez mechanizmy zależne i niezależne od kaspazy.
Oprócz zabijania komórek docelowych granzymy mogą atakować i zabijać patogeny wewnątrzkomórkowe. Granzymy A i B wywołują śmiertelne uszkodzenia oksydacyjne w bakteriach poprzez rozszczepianie składników łańcucha transportu elektronów, podczas gdy granzym B rozszczepia białka wirusowe, hamując aktywację i replikację wirusa. Granzymy wiążą się bezpośrednio z kwasami nukleinowymi DNA i RNA; wzmacnia to ich rozszczepianie białek wiążących kwasy nukleinowe.
Ostatnio, oprócz limfocytów T, wykazano, że granzymy ulegają ekspresji w innych typach komórek odpornościowych, takich jak komórki dendrytyczne, komórki B i komórki tuczne. Ponadto granzymy mogą również ulegać ekspresji w komórkach nieimmunologicznych, takich jak keratynocyty, pneumocyty i chondrocyty. Ponieważ wiele z tych typów komórek albo nie wykazuje ekspresji perforyny, albo nie tworzy synaps immunologicznych, granzym B jest uwalniany na zewnątrz komórki. Zewnątrzkomórkowy granzym B może gromadzić się w przestrzeni pozakomórkowej w chorobach związanych z rozregulowanym lub przewlekłym stanem zapalnym, prowadzącym do degradacji białek macierzy zewnątrzkomórkowej oraz upośledzonego gojenia i przebudowy tkanek. Zewnątrzkomórkowy granzym B jest zaangażowany w patogenezę miażdżycy tętnic, tętniaka, przecieku naczyniowego, gojenia się ran przewlekłych i starzenia się skóry.
Historia
W 1986 Jürg Tschopp i jego grupa opublikowali artykuł o odkryciu granzymów. W artykule omówili, w jaki sposób oczyścili, scharakteryzowali i odkryli różne granzymy znajdujące się w ziarnistościach cytolitycznych, które były przenoszone przez cytotoksyczne limfocyty T i komórki NK. Jürg był w stanie zidentyfikować 8 różnych granzymów i odkrył częściowe sekwencje aminokwasowe dla każdego z nich. Cząsteczki były nieoficjalnie nazywane Grs przez pięć lat, zanim Jürg i jego zespół wymyślili nazwę granzymy, która została powszechnie zaakceptowana przez społeczność naukową.
Wydzielanie granzymu można wykrywać i mierzyć za pomocą technik Western Blot lub ELISA . Komórki wydzielające granzymy można zidentyfikować i określić ilościowo za pomocą cytometrii przepływowej lub testu ELISPOT . Alternatywnie, aktywność granzymów można oznaczać na podstawie ich aktywności proteazowej. [ potrzebne źródło ]
Inne funkcje
W artykule Cullena „Granzymy w raku i odporności” omawia, w jaki sposób wiadomo, że granzym A występuje w podwyższonych poziomach u pacjentów, którzy obecnie cierpią na chorobę zakaźną i/lub w stanie prozapalnym . Stwierdzono również, że granzymy pomagają zainicjować reakcję zapalną. „Na przykład pacjenci z reumatoidalnym zapaleniem stawów mają podwyższony poziom granzymu A w płynie maziowym obrzękniętych stawów”. Gdy granzymy znajdują się w stanie pozakomórkowym, mają zdolność aktywowania makrofagów i komórek tucznych w celu zainicjowania odpowiedzi zapalnej. Interakcja między granzymami a komórkami somatycznymi jest nadal niewytłumaczalna, ale postępy w zrozumieniu tego procesu są stale czynione. Inne granzymy, takie jak granzym K stwierdzono u pacjentów z sepsą. Stwierdzono, że granzym H ma bezpośrednią korelację z pacjentami z infekcją wirusową. Naukowcy są w stanie stwierdzić, że granzym H specjalizuje się w wykrywaniu „degradacji proteolitycznej” występującej w białkach wirusowych.
Cullen dalej stwierdza w swoim artykule, że granzymy mogą odgrywać rolę w immunomodulacji lub utrzymywaniu homeostazy w układzie odpornościowym podczas infekcji. „U ludzi utrata funkcji perforyny prowadzi do zespołu zwanego rodzinną limfohistiocytozą hemofagocytarną […]”. Zespół ten może prowadzić do śmierci, ponieważ zarówno limfocyty T, jak i makrofagi namnażają się, aby zwalczyć patogen, co skutkuje szkodliwym poziomem cytokin prozapalnych. Nadmierna aktywacja może prowadzić do zapalenia ważnych narządów, anemii przez nadmiernie aktywowane makrofagi fagocytujące komórki krwi i może potencjalnie być śmiertelna.
W artykule Trapani mówi o tym, jak granzymy mogą pełnić inne funkcje, oprócz ich zdolności do zwalczania infekcji. Granzym A zawiera pewne substancje chemiczne, które pozwalają mu powodować proliferację komórek B, aby zmniejszyć ryzyko wzrostu i powstawania raka. Testy na myszach wykazały, że granzymy A i B mogą nie mieć bezpośredniego związku z kontrolowaniem infekcji wirusowych, ale pomagają przyspieszyć odpowiedź układu odpornościowego.
W badaniach nad rakiem
W artykule Cullena „Granzymy w raku i odporności” opisuje on proces „ nadzoru immunologicznego [jako] proces, w którym komórki przedrakowe i złośliwe są rozpoznawane przez układ odpornościowy jako uszkodzone i w konsekwencji kierowane do eliminacji”. Aby guz się rozwijał, konieczne są warunki w ciele i otaczającym go obszarze, które sprzyjają wzrostowi. Prawie wszyscy ludzie mają odpowiednie komórki odpornościowe do zwalczania nowotworów w organizmie. Badania wykazały, że układ odpornościowy ma nawet zdolność zapobiegania wzrostowi komórek przedrakowych i rozstrzygania regresji ustalonych guzów. Niebezpieczną cechą komórek rakowych jest to, że mają one zdolność hamowania funkcji układu odpornościowego. Chociaż guz może być w początkowym stadium i bardzo słaby, może wydzielać substancje chemiczne, które hamują działanie układu odpornościowego, pozwalając mu rosnąć i stać się szkodliwym. Testy wykazały, że myszy bez granzymów i perforyn są narażone na wysokie ryzyko rozprzestrzeniania się guzów w całym ciele.
Nowotwory mają zdolność ucieczki przed nadzorem immunologicznym poprzez wydzielanie immunosupresyjnego TGF-β . Hamuje to proliferację i aktywację komórek T. Produkcja TGF-β jest najsilniejszym mechanizmem unikania odpowiedzi immunologicznej stosowanym przez nowotwory. TGF-β hamuje ekspresję pięciu różnych genów cytotoksycznych, w tym perforyny, granzymu A i granzymu B, co następnie hamuje klirens guza za pośrednictwem komórek T.
Rola perforyny w ochronie organizmu przed chłoniakiem została podkreślona, gdy naukowcy odkryli, że p53 nie odgrywa tak dużej roli w monitorowaniu chłoniaka, jak jej odpowiednik perforyna. Stwierdzono, że perforyna i granzymy mają bezpośrednio powiązaną zdolność do ochrony organizmu przed powstawaniem różnego rodzaju chłoniaków.
