Kalcinemin

Kalcinemin (Limenka) je proteinska fosfataza koja igra važnu ulogu u aktiviranju T stanica imunološkog sustava, ali je aktivna i u ostalim signalnim putovima posredovanim kalcijem u cijelom tijelu. Defosforilirajući protein NF-AT, ovaj enzim pokreće niz transkripcija gena koji su uglavnom odgovorni za karakterističan rad T-limfocita. Zahvaljujući ovom ključnom položaju, kalcineurin je polazna točka za nekoliko terapijskih metoda imunosupresije.

Što je kalcineurin?

Enzim se sastoji od dvije podjedinice: Calcineurin A (približno 60 kDa) brine se za katalitičku funkciju i ima mjesto vezanja kalmodulina, dok je kalcineurin B (približno 19 kDa) regulatorno aktivan i ima dva mjesta vezanja kalcijevih iona.

U svom prizemnom stanju CaN je neaktivan jer dio proteina blokira aktivni centar - to se naziva autoinhibicijom. Za potpuno aktiviranje potrebno je vezanje kalmodulina i kalcijevih iona koji aktiviraju kalcij. Kao fosfatazi, kalcineurinu je dodijeljen EC broj 3.1.3.16, koji sadrži one enzime koji kataliziraju hidroliznu defosforilaciju serinskih i treoninskih ostataka drugih proteina.

Funkcija, efekt i zadaće

Posebno je selektivno mjesto vezivanja supstrata za NF-ATc (nuklearni faktor aktiviranih T-stanica, citosolna). Taj se faktor transkripcije nalazi u staničnoj plazmi limfocita. U prizemnom stanju, NF-Atc je fosforiliran i samim tim neaktivan.

Uloga kalcineurina u imunološkom odgovoru započinje unosom antigena - npr. virusa, bakterije ili komponente degeneriranih stanica - stanicom imunološkog sustava (monociti, makrofagi, dendritičke stanice i B stanice). Ta se tvar zatim obrađuje i prikazuje na površini stanice.

Kad stanice koje prezentiraju antigen dolaze u kontakt s receptorima T-stanica, signalna kaskada pokreće se. Ti izvanstanični podražaji povećavaju koncentraciju kalcija u stanici. Kalcijevi ioni vežu se za CaN B, koji promjenom strukture proteina otapa autoinhibicijsku domenu CaN A i posreduje vezanje kalmodulina na CaN A. Zbog toga je kalcineurin u potpunosti katalitički aktivan i defosforilira regiju bogatu serinom (SRR) u amino-kraju NF-ATc. To rezultira konformacijskom promjenom NF-ATc, što rezultira transkripcijskim faktorom u stanično jezgro. Tamo pokreće transkripciju nekoliko gena koji su, između ostalog, odgovorni za proizvodnju interleukina poput IL-2.

IL-2 također osigurava aktiviranje T helper stanica i sintezu citokina, usmjeravajući tako rad citotoksičnih T stanica. Dok stanice pomagača kontroliraju ostale limfocite u imunološkom odgovoru - npr. sazrevanjem B stanica u plazma ćelije ili memorijske stanice i aktiviranjem fagocita - citotoksične T stanice odgovorne su za uništavanje zaraženih ili degeneriranih stanica u tijelu. Kako se taj put ne može slijediti bez kalcineurina, enzim ima ključnu ulogu u imunološkom odgovoru.

Daljnji ciljni protein enzima je protein koji veže element cAMP odgovora (CREB) s utjecajem, na pr. na živčani sustav i unutarnji sat i faktor 2 pojačivača miocita (MEF2), koji je djelomično odgovoran za staničnu diferencijaciju u embrionalnom razvoju i igra ulogu u stresnoj reakciji nekih tkiva kod odraslih.

Obrazovanje, pojava, svojstva i optimalne vrijednosti

Postoje dvije izoforme dviju podjedinica (CaN A: 3 izoforme, CaN B: 2 izoforme), od kojih su neke različito izražene ovisno o regiji tijela. Posebno se ističe CaN A γ, koji se pojavljuje isključivo u testisima i tamo sudjeluje u sazrijevanju sjemena. Unatoč važnoj ulozi koju igra u imunološkom sustavu i živcima, može se pretpostaviti da se kalcineurin može pronaći u gotovo svim tkivima. Regulacija se odvija manje povećanjem ili smanjenjem sinteze, ali preko kalcineurinskog inhibitora CAIN. To sprečava npr. defosforilacija NF-AT.

Regulacija negativnih povratnih informacija od strane RCAN1 osigurava da se ne pojave pretjerano visoke koncentracije citosola CaN. Aktivirani (defosforilirani) NF-AT veže se za promotor gena RCAN1 u staničnoj jezgri i time pokreće transkripciju. Rezultirajući RCAN1 veže se za CaN i inhibira njegovu aktivnost.

Bolesti i poremećaji

Kalcineurin je meta inhibitora kalcineurina poput Ciklosporin, pimekrolimus i takrolimus. Inhibiranjem djelovanja CaN fosfataze dolazi do imunosupresije, što je na pr. nakon presađivanja organa kako bi se smanjila vjerojatnost odbacivanja ili kod autoimunih bolesti u borbi protiv upalnih procesa.

Stoga se CaN inhibitori koriste i za liječenje bolesti iz reumatoidne skupine. Drugi pristupi koji se trenutno istražuju su borba protiv tuberkuloze, šizofrenije i dijabetesa. Isključiva prisutnost CaN A γ u testisima podrazumijeva moguću ulogu u razvoju kontraceptiva. U slučajevima srčane hipertrofije u koje je uključen signalni put CaN-NA-FT, razvoj hipertrofije mogao bi se spriječiti davanjem CaN inhibitora.

Osobe s Downovim sindromom imaju tri 21 kromosoma umjesto uobičajena dva, koja kodiraju protein koji inhibira kalcineurin. Ovaj inhibitor sprječava interakciju kalcineurina sa stanicama krvnih žila i pokreće proliferacijske procese u njima. Ova je činjenica osobito važna u slučaju tumora jer oni, između ostalog, osiguravaju njihovu opskrbu krvlju kalcineurinom. Intervencija u ovom trenutku može učinkovito spriječiti napredovanje raka. Tako možete pronaći npr. značajno niža učestalost tumora kod ljudi s Downovim sindromom i nada se da će ciljana inhibicija ovog procesa pružiti prednosti u borbi protiv raka u budućnosti.

U posljednje vrijeme također se povećava broj dokaza da bi disregulacija kalcineurina povezana s dobi mogla također igrati ulogu u razvoju neuronskih bolesti poput Alzheimerove bolesti. Istraživanje signalnih putova u koje je uključen enzim otkriva sve više i više bijelih mrlja na biokemijskoj karti. To nam ujedno otvara nadu da ćemo uz pomoć ovog ključnog proteina u budućnosti moći bolje razumjeti i liječiti niz različitih bolesti.