Interferony

Interferony (IFN) jsou přirozené buněčné signalizační proteiny produkované buňkami imunitního systému většiny obratlovců v reakci na výzvy, jako jsou viry, paraziti a nádorové buňky. Interferony patří do velké třídy glykoproteinů známých jako cytokiny. Interferony produkuje široká škála buněk v reakci na přítomnost dvouvláknové RNA, která je klíčovým indikátorem virové infekce. Interferony napomáhají imunitní odpovědi tím, že inhibují replikaci viru v hostitelských buňkách, aktivují přirozené zabijácké buňky a makrofágy, zvyšují prezentaci antigenu na lymfocyty a navozují odolnost hostitelských buněk vůči virové infekci. Lze jej použít jako antineoplastický lék

Existují tři hlavní třídy interferonů, které byly popsány pro člověka podle typu receptoru, jehož prostřednictvím signalizují:

I když existují důkazy, že existují i jiné signalizační mechanismy, signalizační dráha JAK-STAT je nejlépe charakterizovanou a běžně přijímanou signalizační dráhou IFN.

IFN typu I, II a III regulují přibližně 2000 genů. O těchto interferonem regulovaných genech je známo poměrně málo. INTERFEROME je databáze interferonem regulovaných genů a pokouší se překlenout mezeru ve znalostech identifikací a integrací informací o IRG.

Přirozená funkce a syntéza

Interferony obecně mají několik společných účinků. Jsou antivirové a mají antionkogenní vlastnosti, aktivaci makrofágů a přirozených vražedných buněk a posílení hlavního histokompatibilního komplexu glykoproteinu třídy I a II, a tedy prezentaci cizích (mikrobiálních) peptidů na T buňkách. Ve většině případů je tvorba interferonů indukována v reakci na mikroby, jako jsou viry a bakterie a jejich produkty (virové glykoproteiny, virová RNA, bakteriální endotoxin, bakteriální flagella, CpG místa), stejně jako mitogeny a další cytokiny, například interleukin 1, interleukin 2, interleukin-12, tumor nekrotizující faktor a kolonie stimulující faktor, které jsou syntetizovány v reakci na výskyt různých antigenů v těle. Jejich metabolismus a vylučování probíhá zejména v játrech a ledvinách. Vzácně procházejí placentou, ale mohou projít hematoencefalickou bariérou.

Léčebně používané formy jsou označovány řeckými písmeny označujícími jejich původ: leukocyty, fibroblasty a lymfocyty pro interferon-alfa, -beta a -gama.

Virová indukce interferonů

Všechny třídy interferonu jsou velmi důležité v boji s infekcemi virem RNA. Jejich přítomnost však také vysvětluje některé příznaky hostitele, jako jsou bolesti svalů a horečka. Vylučují se, když se v buňce nachází abnormálně velké množství dsRNA. dsRNA je normálně přítomna ve velmi malém množství. dsRNA působí jako spouštěč produkce interferonu (přes Toll Like Receptor 3 (TLR 3), receptor pro rozpoznávání vzorů vrozeného imunitního systému, který vede k aktivaci transkripčního faktoru IRF3 a pozdní fáze NF kappa B). Gen, který kóduje tento cytokin, je zapnut v infikované buňce a interferon se syntetizuje a vylučuje do okolních buněk.

Jak původní buňka umírá na cytolytický RNA virus, tisíce virů infikují blízké buňky. Tyto buňky však obdržely interferon, který v podstatě varuje tyto další buňky před virem. Ty pak začnou produkovat velké množství proteinu známého jako proteinkináza R (nebo PKR). Pokud virus infikuje buňku, která byla „předem varována“ interferonem, PKR je nepřímo aktivován dsRNA a začne přenášet fosfátové skupiny (fosforylace) na protein známý jako eIF-2, což je eukaryotický iniciační faktor. Po fosforylaci vytvoří eIF2 s eIF2B neaktivní komplex, což vede ke snížené iniciaci translace a snížené syntéze proteinů. To inhibuje replikaci viru a normální funkci buněčného ribozomu, což může vést k usmrcení viru i citlivých hostitelských buněk. Různé RNA druhy uvnitř buňky jsou degradovány aktivovaným RNAse L, dalším interferonem indukovaným genem, čímž se dále snižuje syntéza proteinů.

Kromě toho interferon vede k upregulaci MHC I a tím ke zvýšené prezentaci virových peptidů na cytotoxických CD8 T buňkách a také ke změně proteazomu (výměna některých beta podjednotek za b1i, b2i, b5i – tehdy známý jako imunoproteazom), což vede ke zvýšené produkci peptidů kompatibilních s MHC I.

Interferon může způsobit zvýšenou aktivitu p53 v buňkách infikovaných virem. Působí jako induktor a způsobuje zvýšenou produkci genového produktu p53. To podporuje apoptózu, což omezuje schopnost viru šířit se. Zvýšené hladiny transkripce jsou pozorovány i v buňkách, které nejsou infikovány, ale pouze infikované buňky vykazují zvýšenou apoptózu. Tato zvýšená transkripce může sloužit k přípravě citlivých buněk, takže mohou v případě infekce rychle reagovat. Když je p53 vyvoláno virovou přítomností, chová se jinak, než obvykle. Některé cílové geny p53 jsou exprimovány pod virovou náloží, ale jiné, zejména ty, které reagují na poškození DNA, nejsou. Jedním z genů, který není aktivován, je p21, což může podpořit přežití buněk. Pokud by tento gen zůstal neaktivní, pomohlo by to podpořit apoptotický účinek. Interferon zvyšuje apoptotické účinky p53, ale není to nezbytně nutné. Normální buňky vykazují silnější apoptotickou reakci než buňky bez p53.

Navíc bylo prokázáno, že interferon má terapeutický účinek proti určitým nádorům. Je pravděpodobné, že jedním z mechanismů tohoto účinku je indukce p53. To by mohlo být užitečné klinicky: Interferony by mohly doplňovat nebo nahrazovat chemoterapeutické léky, které aktivují p53, ale také způsobují nežádoucí nežádoucí nežádoucí účinky. Některé z těchto nežádoucích účinků mohou být závažné, závažné a trvalé.

Rezistence viru na interferony

Ve studii blokující interferon (IFN) japonským virem encefalitidy (JEV) infikovala skupina výzkumníků lidský rekombinantní IFN-alfa viry JEV, DEN-2 a PL406, což jsou všechno viry, a zjistila, že některé viry mají manifestované metody, jak se vyhnout odpovědi IFN-alfa/beta. Tyto viry mají proto schopnost pokračovat v replikaci virů a jejich produkci tak, jak by to normálně dělaly, kdyby IFN neexistoval. Způsoby, kterými viry nacházejí cestu kolem odpovědi IFN, jsou prostřednictvím inhibice signalizace interferonu, jeho produkce a blokování funkcí proteinů indukovaných IFN.

Není neobvyklé najít viry kódující více mechanismů, které jim umožní vyhnout se odpovědi IFN na mnoha různých úrovních. Během studie s JEV Lin a jeho spolupracovníci zjistili, že neschopnost IFN-alfa blokovat JEV znamená, že JEV může být schopen blokovat signalizaci IFN-alfa, což by zase zabránilo IFN mít signalizaci STAT1, STAT2, ISGF3 a IRF-9. DEN-2 také významně snižuje schopnost interferonu na aktivní JAK-STAT. Některé další virové genové produkty, u kterých bylo zjištěno, že mají vliv na signalizaci IFN, zahrnují EBNA-2, Polyomavirus velký T antigen, EBV EBNA1, HPV E7, HCMV a HV8. Několik poxvirů kóduje rozpustný homolog IFN receptoru, který působí jako volavka inhibující biologickou aktivitu IFN, a tato aktivita spočívá v tom, že se IFN váže na jejich koňatní receptory na povrchu buňky a zahajuje signalizační kaskádu, známou jako Janus kinase(JAK)-převodník signálu a aktivace transkripčních (Stat) drah. Například skupina výzkumníků zjistila, že protein B18R, který působí jako IFN receptor typu 1 a je produkován virem vaccinia, inhibuje schopnost IFN zahájit fosforylaci JAK1, což snižuje antivirový účinek IFN.

Některé viry mohou kódovat proteiny, které se vážou na dsRNA. Ve studii, kde výzkumníci infikovali lidské U buňky reovir-sigma3 proteinem a pak pomocí Western blot testu zjistili, že se reovirus-sigma3 protein váže na dsRNA. Spolu s tím další studie, ve které výzkumníci infikovali myší L buňky vakcinia virem E3L, zjistila, že E3L kóduje p25 protein, který se váže na dsRNA. Bez dvouvláknové RNA (dsRNA), protože je na proteiny vázána, není schopna vytvořit IFN indukovaný PKR a 2'-5' oligoadenylátsyntetázu, čímž se IFN stává neúčinným. Bylo také zjištěno, že JEV byl schopen inhibovat schopnost IFN-alfa aktivovat nebo vytvářet ISG, jako je PKR. PKR se nepodařilo nalézt v JEV infikovaných buňkách a bylo zjištěno, že hladiny PKR RNA jsou nižší v těch samých infikovaných buňkách a k tomuto narušení PKR může dojít například v buňkách infikovaných flavaviry.

Bylo prokázáno, že chřipkový virus H5N1, známý také jako ptačí chřipka, má rezistenci na interferon a další protivirové cytokiny. To je částečně důvodem jeho vysoké úmrtnosti u lidí. Je rezistentní díky jediné mutaci aminokyseliny v nestrukturálním proteinu 1 (NS1), přesný mechanismus, jak to propůjčuje imunitu, je nejasný (odkaz je Lethal H5N1 influenza viruses escape host anti-viral cytokine response, Sang Heui Seo, Nature Med, 2002).

Tři injekční lahvičky naplněné lidským leukocytárním interferonem.

Stejně jako jejich přirozená funkce, interferony mají antivirové, antiseptické a antionkogenní vlastnosti, pokud jsou podávány jako léky.

Interferonová terapie se používá (v kombinaci s chemoterapií a ozařováním) jako léčba mnoha nádorů.

Více než polovina pacientů s hepatitidou C léčených interferonem reaguje virovou eliminací (setrvalou virologickou odpovědí), lepšími krevními testy a lepší histologií jater (zjištěnou při biopsii). Existují určité důkazy, že podání interferonu bezprostředně po infekci může zabránit chronické hepatitidě C. Nicméně u lidí infikovaných HCV se příznaky infekce HCV často projeví až po několika měsících nebo letech, což komplikuje včasnou léčbu.

Interferony (interferon beta-1a a interferon beta-1b ) se také používají při léčbě a kontrole roztroušené sklerózy, což je autoimunitní porucha.

Interferon podávaný intranazálně ve velmi nízkých dávkách se hojně používá ve východní Evropě a v Rusku jako metoda prevence a léčby virových respiračních onemocnění, jako je nachlazení a chřipka. Mechanismy takového účinku interferonu však nejsou dobře známy; předpokládá se, že dávky musí být větší o několik řádů, aby měly na virus nějaký vliv. V důsledku toho je většina západních vědců skeptická k jakýmkoli tvrzením o dobré účinnosti.

Při použití v systémové terapii se IFN-α a IFN-γ podávají většinou intramuskulární injekcí. Injekce interferonů do svalu, žíly nebo pod kůži je obecně dobře snášena.

Interferon alfa může být také indukován malými molekulami imidazochinolinu aktivací receptoru TLR7. Aldara (Imiquimod) krém s tímto mechanismem indukuje IFN alfa a IL12 a schválen FDA k léčbě aktinické keratózy, povrchového bazocelulárního karcinomu a zevních genitálních bradavic.

Nejčastějšími nežádoucími účinky jsou chřipkové příznaky: zvýšená tělesná teplota, pocit nevolnosti, únava, bolest hlavy, bolest svalů, křeče, závratě, řídnutí vlasů a deprese. Často jsou také pozorovány erytém, bolest a zatvrdnutí v místě vpichu injekce. Léčba interferonem způsobuje imunosupresi, zejména prostřednictvím neutropenie, a může vyústit v některé infekce projevující se neobvyklými způsoby.

Všechny známé nežádoucí účinky jsou obvykle reverzibilní a vymizí několik dní po ukončení léčby.

Pro použití u lidí je nyní schváleno několik různých typů interferonů.

V poslední době FDA schválila pegylovaný interferon-alfa, do kterého se přidává polyethylenglykol, aby interferon vydržel v těle déle. (Pegylovaný interferon-alfa-2b byl schválen v lednu 2001; pegylovaný interferon-alfa-2a byl schválen v říjnu 2002.) Pegylovaná forma se aplikuje jednou týdně, a nikoli třikrát týdně u konvenčního interferonu-alfa. Při použití v kombinaci s antivirovým lékem ribavirinem dosahuje pegylovaný interferon u lidí s hepatitidou C genotypu 2 nebo 3 (která se snadněji léčí) setrvalé míry vyléčení 75% nebo lepší, ale stále méně než 50% u lidí s genotypem 1 (který je nejčastější v USA a západní Evropě).

Interferon-beta (Interferon beta-1a a Interferon beta-1b) se používá k léčbě a kontrole roztroušené sklerózy. Dosud neznámým mechanismem interferon-beta inhibuje tvorbu Th1 cytokinů a aktivaci monocytů.

Zatímco dva japonští virologové, Yasu-ichi Nagano a Yasuhiko Kojima pracující v Institutu pro infekční choroby na Tokijské univerzitě, usilovali o vyvinutí vylepšené vakcíny proti pravým neštovicím, když si všimli, že králičí kůže nebo varlata dříve naočkovaná UV inaktivovaným virem vykazují inhibici růstu viru, když jsou znovu infikována živým virem na stejném místě. Vyvodili hypotézu, že je to způsobeno nějakým inhibičním faktorem, a začali to charakterizovat frakcionací UV-ozářených virových homogenátů pomocí ultracentrifugy. Tato zjištění publikovali v roce 1954 ve francouzském časopise, nyní známém jako „Journal de la Société de Biologie“. Tato práce sice prokázala, že aktivitu lze oddělit od virových částic, ale nedokázala uvést do souladu antivirovou aktivitu prokázanou v experimentech s králičí kůží s pozorováním, že stejný supernatant vedl k produkci protivirových protilátek u myší. Další práce z roku 1958, zahrnující trojnásobnou ultracentrifugaci homogenátu, prokázala, že inhibiční faktor byl odlišný od virových částic, což vedlo ke stopové kontaminaci připisované pozorováním z roku 1954.

Britský virolog Alick Isaacs a švýcarský výzkumník Jean Lindenmann z Národního institutu pro lékařský výzkum v Londýně si mezitím všimli interferenčního efektu způsobeného tepelně inaktivovaným virem chřipky na růst živého viru chřipky v membránách slepičích vajec v výživném roztoku chorioallantoické membrány. Své výsledky zveřejnili v roce 1957; v této práci zavedli termín „interferon“ a dnes je tento specifický interferující činitel znám jako „interferon typu I“.

Naganova práce nebyla ve vědecké komunitě nikdy plně doceněna; možná proto, že byla vytištěna ve francouzštině, ale také proto, že jeho in vivo systém byl možná příliš složitý na to, aby poskytoval jasné výsledky v charakterizaci a čištění interferonu. Jak šel čas, Nagano si uvědomil, že jeho práce nebyla všeobecně uznávána, a přesto aktivně neusiloval o přecenění svého postavení v oblasti výzkumu interferonu. Jako takový má největší zásluhu na objevení interferonu Isaacs a Lindenmann, s nimiž neexistuje žádný záznam o tom, že by Nagano někdy navázal osobní kontakt.

Interferon byl vzácný a drahý až do roku 1980, kdy byl interferonový gen vložen do bakterií pomocí technologie rekombinantní DNA, což umožnilo masovou kultivaci a čištění z bakteriálních kultur nebo odvozených z kvasinek (např. Reiferon Retard je první kvasinkou odvozený interferon-alfa 2a).

Celosvětové tržby ~ 5 miliard USD. Druhý nejúspěšnější farmaceutický výrobek, který kdy vzešel z genetického inženýrství.[Jak na odkaz a odkaz na shrnutí nebo text]

Farmaceutické formy interferonů na trhu

§ také prodáván v Indii jako Reliferon, produkt Reliance Biopharmaceuticals

Aciklovir • Cidofovir • Docosanol • Famciclovir • Fomivirsen • Foscarnet • Ganciklovir • Idoxuridin • Penciklovir • Trifluridin • Tromantadin • Valaciklovir • Valganciklovir • Vidarabin

Arbidol • deriváty adamantanu/inhibitory M2 (Amantadin, Rimantadin) • inhibitory neuraminidázy (Oseltamivir, Peramivir, Zanamivir)

Abakavir • Didanosin • Emtricitabin • Lamivudin • Stavudin • Zalcitabin • Zidovudin

Efavirenz • Delavirdin • Nevirapin • Lovirid

Amprenavir • Atazanavir • Darunavir • Fosamprenavir • Indinavir • Lopinavir • Nelfinavir • Ritonavir • Sachinavir • Tipranavir

obecné (Inosin, Interferon) • HIV (Maravirok) • Picornavirus (Pleconaril) • Hepatitida C (Ribavirin, Viramidin) • Lidský papilomavirus/Molluscum contagiosum (Imiquimod, Podophyllotoxin)

Faktor autokrinní motility - Chemokin - hematopoetický (faktor kmenových buněk, faktor stimulující kolonie) - růstový faktor hepatocytů - Interferon - Interleukin - Faktor inhibující leukemii - Lymfokin (Lymfotoxin, Transferový faktor) - Monokin - Oncostatin M - Osteopontin - TGF beta - Tumor nekrotizující faktor