Calcineurine (CaN) is een eiwitfosfatase dat een belangrijke rol speelt bij de activering van immuunsysteem T-cellen, maar is ook actief in andere calcium-gemedieerde signaalroutes door het hele lichaam. Door het NF-AT-eiwit te defosforyleren, zet dit enzym een reeks van gen transcripties die primair verantwoordelijk zijn voor het karakteristieke werk van T-lymfocyten Dankzij deze sleutelpositie is calcineurine het startpunt van verschillende therapeutische procedures voor immunosuppressie.
Wat is calcineurine?
Het enzym is gestructureerd en bestaat uit twee subeenheden: Calcineurine A (ongeveer 60 kDa) zorgt voor een katalytische functie en draagt één calmodulinebindingsplaats, terwijl calcineurine B (ongeveer 19 kDa) regulerend actief is en er twee heeft. calcium ionbindende plaatsen. In de grondtoestand is CaN inactief omdat een deel van het eiwit de actieve site blokkeert - dit staat bekend als auto-remming. Binding van calcium-geactiveerde calmoduline en calciumionen zijn vereist voor volledige activering. Als fosfatase wordt calcineurine toegewezen aan EG-nummer 3.1.3.16, inclusief die enzymen die de hydrolytische defosforylering van serine- en threonineresiduen van andere katalyseren eiwitten.
Functie, actie en rollen
De substraatbindingsplaats van het enzym is primair selectief voor NF-ATc (nucleaire factor van geactiveerde T-cellen, cytosolisch). Deze transcriptiefactor is aanwezig in het cytoplasma van lymfocyten In de grondtoestand is NF-Atc gefosforyleerd en dus inactief. De rol van calcineurine in de immuunrespons begint met de opname van een antigeen - bijvoorbeeld een virus, een bacterie of componenten van gedegenereerde cellen - door een cel van de immuunsysteem (monocyten, macrofagen, dendritische cellen en B-cellen). Deze stof wordt vervolgens verwerkt en gepresenteerd op het oppervlak van de cel. Bij contact van antigeen-presenterende cellen met de T-celreceptor van de T-cellen, wordt een signaalcascade geïnitieerd. Deze extracellulaire stimuli verhogen het calcium concentratie in de cel. Binding van calciumionen aan CaN B vindt plaats, die door structurele verandering van het eiwit het auto-remmende domein van CaN A vrijgeven en calmodulinebinding aan CaN A medieert. Hierdoor wordt calcineurine volledig katalytisch actief en defosforyleert het het serinerijke gebied (SRR) in de amino-uiteinde van NF-ATc. Dit resulteert in een conformationele verandering van NF-ATc, waardoor de transcriptiefactor naar de kern wordt getransporteerd. Daar triggert het de transcriptie van verschillende genen die onder meer verantwoordelijk zijn voor de aanmaak van interleukines zoals IL-2. IL-2 zorgt ook voor de activering van T-helpercellen en de synthese van cytokines, waardoor het werk van cytotoxische T-cellen wordt gestuurd. Terwijl helpercellen andere sturen lymfocyten in de immuunrespons - zoals door rijping van B-cellen tot plasmacellen of geheugen cellen en activering van fagocyten - cytotoxische T-cellen zijn verantwoordelijk voor de vernietiging van geïnfecteerde of gedegenereerde somatische cellen. Omdat deze route niet kan worden gevolgd zonder calcineurine, speelt het enzym een sleutelrol in de immuunrespons. Ander doelwit eiwitten van het enzym zijn het cAMP-responselement bindend eiwit (CREB) met invloed op bijvoorbeeld de zenuwstelsel en de interne klok en myocyte enhancer factor 2 (MEF2), die gedeeltelijk verantwoordelijk is voor celdifferentiatie tijdens de embryonale ontwikkeling en een rol speelt bij de spanning reactie van sommige weefsels bij volwassenen.
Vorming, voorkomen, eigenschappen en optimale niveaus
Er bestaan verschillende isovormen van de twee subeenheden (CaN A: 3 isovormen, CaN B: 2 isovormen), waarvan sommige anders worden uitgedrukt, afhankelijk van het lichaamsgebied. Vooral CaN A γ valt op, dat uitsluitend in de testis wordt aangetroffen en bij betrokken is sperma rijping daar. Ondanks zijn prominente rol in de immuunsysteem en zenuwenAangenomen kan worden dat calcineurine in bijna alle weefsels wordt aangetroffen. De regulatie verloopt niet zozeer via een toename of afname van de synthese maar via de calcineurineremmer CAIN. Dit voorkomt bijvoorbeeld defosforylering van NF-AT. Negatieve feedbackregulatie door RCAN1 zorgt ervoor dat er geen overmatige cytosolische concentraties van CaN worden gegenereerd. In dit proces bindt geactiveerd (gedefosforyleerd) NF-AT zich aan de gen promotor van RCAN1 in de kern, waardoor transcriptie wordt geactiveerd. Het resulterende RCAN1 bindt aan CaN en remt zijn activiteit.
Ziekten en aandoeningen
Calcineurine is het actieve doelwit van calcineurineremmers zoals cyclosporine, pimecrolimus en tacrolimus Remming van de fosfatasewerking van CaN veroorzaakt immunosuppressie, wat bijvoorbeeld wenselijk is na orgaan transplantatie om de kans op afwijzing of in autoimmuunziekten om ontstekingsprocessen te bestrijden. Zo worden CaN-remmers ook gebruikt voor de behandeling van reumatoïde ziekten. Andere benaderingen die momenteel worden onderzocht, zijn de behandeling van tuberculose infectie, schizofrenie en suikerziekte Het exclusief voorkomen van CaN A γ in de testis impliceert een mogelijke rol bij de ontwikkeling van anticonceptiva In geval van cardiale hypertrofie waarbij de CaN-NA-FT-route betrokken is, zou de ontwikkeling van hypertrofie kunnen worden voorkomen door administratie van CaN-remmers. Mensen met Downsyndroom hebben drie 21 chromosomen in plaats van de gebruikelijke twee, die coderen voor een calcineurine-remmend eiwit. Deze remmer voorkomt dat calcineurine een interactie aangaat met cellen van bloed schepen en het in gang zetten van proliferatieprocessen daarin. Dit is vooral belangrijk in het geval van tumoren, omdat ze hun bloed levering via onder meer calcineurine. Door op dit punt in te grijpen, kan de progressie van kanker Zo wordt een veel lagere incidentie van tumoren gevonden bij mensen met Downsyndroom, en men hoopt dat gerichte remming van dit proces voordelen zal opleveren in de strijd tegen kanker in de toekomst. Onlangs zijn er ook steeds meer aanwijzingen dat leeftijdsgebonden ontregeling van calcineurine ook een rol kan spelen bij de ontwikkeling van neuronale ziekten zoals Alzheimer ziekte. Onderzoek naar de signaalroutes waarbij het enzym betrokken is, laat steeds meer witte vlekken op de biochemische kaart zien. Tegelijkertijd opent het de hoop dat een verscheidenheid aan verschillende ziekten in de toekomst beter kan worden begrepen en behandeld met behulp van dit sleuteleiwit.
