La interleucina-4-induïda-1 (IL4I1) és un enzim L-aminoàcid oxidasa (LAAO) que participa en la regulació del sistema immunitari. És conegut pel seu paper clau en la regulació del sistema immunitari, sobretot en cèl·lules de la línia mieloide i limfòcits B. L'enzim IL4I1 intervé en la degradació d'aminoàcids essencials com ara la fenilalanina, generant subproductes tòxics que poden debilitar l'activitat de cèl·lules T citotòxiques i cèl·lules Th1 en el microambient tumoral.
Aquest enzim és considerat una diana terapèutica en la immunoteràpia del càncer, ja que la inhibició de la seva activitat podria restaurar la capacitat del sistema immunitari d'atacar les cèl·lules tumorals PLOS.
Tot i estar en investigació, se sosté que el seu paper no és absolutament perjudicial o beneficiós, sinó que depèn del context en què actua. En condicions fisiològiques, regula el sistema immunitari i prevé danys col·laterals com reaccions al·lèrgiques o infeccions.
No obstant això, la seva sobreexpressió o manipulació en malalties com el càncer suposa conseqüències adverses per al sistema immunitari humà.
Estructura IL4I1 el componen 567 aminoàcids i té una estructura secundària que inclou un total de 2 hèlixs alfa (α) i 6 làmines beta (β). Aquesta informació es basa en l'anàlisi estructural realitzada a través de dades de cristal·lografia de raigs X i models de predicció d'estructures proteiques.
Dins d'aquesta estructura hi ha diversos dominis importants per a fer les seves funcions. Conté el domini d'unió al cofactor FAD (dinucleòtid de flavina i adenina), que és essencial per a l'activitat enzimàtica de la proteïna. El domini catalític és on es produeix l'oxidació d'aminoàcids.
La IL4I1 té preferència pels aminoàcids -aromàtics: la fenilalanina (Phe), la tirosina (Tyr) i el triptòfan (Trp), dels quals sintetitza àcid fenilpirúvic (PP), àcid hidroxifenilpirúvic (HPP) i àcid indol-3-pirúvic (I3P), respectivament.
En ser una proteïna secretada, la IL4I1 té el domini de secreció, el qual li permetrà ser exportada cap a la zona extracel·lular, on participarà en la regulació de la resposta immunitària.
Localització cel·lular IL4I1 s'expressa en cèl·lules inflamatòries de diversos teixits, especialment el gangli limfàtic, la melsa i les amígdales. A la regió subcel·lular, és localitzat principalment a l'acrosoma. Es tracta d'un enzim secretat, que es troba a l'espai extracel·lular, amb una presència destacada en la sang, relacionada amb la funció en la comunicació o regulació de processos cel·lulars.
La microscòpia confocal de cèl·lules que expressen IL4I1 fusionada amb proteïna fluorescent vermella demostra que la IL4I1 es colocalitza amb GFP, dirigit als lisosomes, i amb acriflavina, un colorant fluorescent que s'incorpora als lisosomes.
L'activitat de l'enzim IL4I1 s'ha avaluat a diferents nivells de pH, i presenta la propietat única de tenir la seva activitat més alta en un pH àcid (pH 4), per tant, és més activa en un compartiment cel·lular d'aquestes característiques (lisosoma o endosoma tardà) i menys activa a pH neutre, que és el pH normal del citoplasma. IL4I1 està glicosilada amb enllaços N, cosa necessària per a la seva localització en els lisosomes.
Síntesi miniatura|Representació tridimensional d'IL4I1|393x393px IL4I1 és una proteïna glicosilada que es secretada per les cèl·lules que les produeixen, com cèl·lules dendrítiques o macròfags. El gen IL4I1 està situat en el cromosoma 7 en els ratolins, en una regió associada a la susceptibilitat al lupus eritematós sistèmic (LES).
En el cas dels humans, el gen es troba dins del complex leucocitari-receptor del cromosoma 19 (cromosoma 19q13.3–19q13.4). Aquesta és una regió vinculada a malalties autoimmunitàries, com ara l'artritis reumatoide, l'esclerosi múltiple, la diabetis mellitus dependent d'insulina o el lupus eritematós sistèmic (LES), de manera que una alteració en el gen podria contribuir a la malaltia autoimmunitària. miniatura|391x391px|Reacció catalitzada per L-aminoàcid oxidases com IL4I1 - R = cadena lateral específica El gen humà codifica 5 isoformes de la proteïna IL4I1, cadascuna de les quals només difereix en la 5'-UTR (regió no traduïda) i els primers dos exons que codifiquen un pèptid senyal. La proteïna final secretada és la mateixa en tots els casos.
En el teixit limfoide i en els espermatozous humans s'expressa la isoforma 1. La segona isoforma s'expressa en cèl·lules del sistema nerviós central i espermatozous humans. Sobre les altres isoformes, no hi ha informació clara.
La proteïna codificada pel gen IL4I1 té una notable similitud amb els enzims LAAO pel que fa a la seva seqüència. Aquesta similitud és especialment notable en la proteïna inductora de l'apoptosi que es troba en peixos, i l'apoxina I, una proteïna verinosa de serp.
Senyalització i expressió L'enzim IL4l1 s'expressa principalment en cèl·lules del sistema immunitari, sobretot en cèl·lules mieloides (macròfags, monòcits i cèl·lules dendrítiques). Aquestes cèl·lules produeixen IL4l1 a nivells elevats sobretot quan són estimulades per senyals inflamatoris i respostes Th1-Type (limfòcit T col·laborador tipus 1), com ara lligands de receptors tipus Toll (TLRs), interleucina-1β (IL-1β), i interferons tipus I i II. L'expressió per part de les cèl·lules mieloides és impulsada per l'activació de diverses vies de senyalització, com el complex proteic NF-κB i la proteïna STAT1 (Signal transducer and activator of transcription 1). miniatura|391x391px|Funcionament dels limfòcits T col·labodors: les cèl·lules presentadores d'antigen (APC) presenten antigen a les seves molècules d'MHC de classe II (MHC2). Els limfòcits T col·laboradors els reconeixen mitjançant l'expressió del coreceptor CD4 (CD4+). L'activació d'un limfòcit T col·laborador en repòs fa que alliberi citocines i altres senyals estimulants (fletxes verdes) que estimulen l'activitat dels macròfags, els limfòcits T citotòxics i els limfòcits B; aquests últims produeixen anticossos. L'expressió de IL4I1 s'observa en subconjunts específics de cèl·lules dendrítiques identificades com a cèl·lules dendrítiques migratòries. Algunes d'aquestes poblacions presenten característiques de cèl·lules dendrítiques activades vinculades amb perfils d'expressió gènica associats a la maduració, migració i immunoregulació.
Aquestes s'han anomenat «cèl·lules dendrítiques madures enriquides en molècules immunoreguladores» (mregDCs), l'activitat de les quals inclou la captura d'antígens i la migració als ganglis limfàtics per regular la resposta immunitària, particularment en contextos d'immunitat específica de teixits i tumors.
La IL4l1 també s'expressa en els limfòcits B de la sang humana, incloent-hi cèl·lules B neoplàsiques, quan aquests són estimulats per les molècules IL-4 i CD40L. Aquesta estimulació activa les vies STAT6 i NF-κB, donant lloc a la producció de IL4l1. Els senyals IL-4 i CD40 són proporcionats per les cèl·lules T cooperadores fol·liculars (TFH) a cèl·lules B madurant en els centres germinals.
Diversos tipus de limfòcits T també poden produir IL4l1. La seva expressió està regulada per diferents factors de transcripció depenent del tipus de cèl·lula T. En el cas dels limfòcits T CD4+, l'expressió de l'enzim està regulada per RORγT, que és un factor clau en el desenvolupament de cèl·lules Th17. L'expressió de IL4I1 en cèl·lules CD4+ Th17 limita la seva expansió per mitjà de l'alteració de les cadenes CD3 del complex TCR, inhibint així la via i alterant l'activació del promotor del gen IL-2; l'altre mecanisme és mitjançant l'augment de l'expressió de Tob1 en aquestes cèl·lules, impedint que el cicle cel·lular progressi.
Pel que fa als limfòcits T citotòxics CD8+ i les cèl·lules NK, aquestes no mostren una expressió rellevant de IL4l1, però sí que són cèl·lules diana afectades per l'activitat enzimàtica de la IL4I1. Aquesta proteïna inhibeix la proliferació, citotoxicitat i producció de IFN-γ dels limfòcits T CD8+, ja que altera la funció de les cadenes CD3 del complex TCR d'aquests. D'aquesta manera s'afavoreix l'evasió tumoral.
Funció miniatura|496x496px|Regulació de la proliferació i diferenciació de limfòcits T per IL4I1. IL4I1 té un paper clau en el metabolisme d'aminoàcids essencials, com la fenilalanina, el triptòfan i l'arginina.
IL4I1 oxida aquests aminoàcids, i genera catabòlits tòxics com ara peròxid d'hidrogen, que inhibeixen la proliferació de cèl·lules T, la qual cosa contribueix a la immunosupressió en el microambient tumoral. Provoca la síntesi de cèl·lules CD4+ ingènues i limita la proliferació de citocines i quimiocines inflamatòries.
Metabolisme miniatura|Bacillus anthracis grampositiu (bastons liles) en una mostra de líquid cefalorraquidi. Les altres cèl·lules són leucòcits. La funció principal de l'enzim IL4I1 en el metabolisme és l'oxidació d'aminoàcids, ajudat pel cofactor FAD, obtenint com a subproducte l'H2O2 (peròxid d'hidrogen) i NH3 (amoníac). Els aminoàcids oxidats són la fenilalanina, pel qual té la major afinitat a nivell de substrat, que produirà un α-cetoácid (fenilpiruvat); la tirosina, de la qual s'obté 4-hidrofenilpiruvat (4HPP), el qual actuarà en la regulació del sistema nerviós; i el triptòfan, a partir del qual s'obté indol-3-piruvat (I3P) secretat a l'espai extracel·lular.
La degradació del triptòfan dona lloc a metabòlits de l'indol (àcid indol-3-acètic (IAA), indol-3-aldehid (I3A) i àcid quinurènic) que fan de lligand en l'activació de receptor aril-hidrocarbur (AHR), un factor de transcripció que millora la progressió tumoral en promoure la motilitat de les cèl·lules canceroses i suprimir la immunitat adaptativa. miniatura|Pseudomonas aeruginosa gramnegatiu (bastons vermells-rosats). IL4I1 també actua com a regulador de la polarització dels macròfags M2, que té propietats antiinflamatòries, les quals poden suprimir l'activació de les cèl·lules T. Funcionant de manera semblant a la IDO (enzim que també metabolitza el triptòfan), la IL4I1 pot crear un microambient amb concentracions altes el ROS i baixes de triptòfan, que generaran condicions desfavorables per a l'activació de les cèl·lules T.
A més, la IL4I1 pot generar activitat antibacteriana contra bacteris grampositius i gramnegatius, efecte que està relacionat amb la producció de peròxid d'hidrogen (H2O2), que té efectes immunoreguladors, amoníac (NH3) i altres metabòlits.
Interaccions L’IL4l1 és capaç de reduir la capacitat de proliferació dels limfòcits T. Aquest procés es dona a causa de la disminució de la cadena CD3ζ, que intervé en la senyalització dels receptors TCR (receptor de limfòcits T). Això suposa una reducció en la producció de IL-2, entre altres citocines inflamatòries.
La IL4l1 participa en la diferenciació dels limfòcits T CD4+. Modulant la via mTORC1, es limiten les respostes immunitàries excessives. En relació amb els tumors, IL4I1 eleva el llindar d'activació dels limfòcits T, dificultant la seva proliferació i permetent que les cèl·lules tumorals evadeixin més fàcilment l'atac immunitari.
Pel que fa als limfòcits B, la IL4l1 és la responsable de disminuir la senyalització del BCR (receptor de limfòcits B), restringint així la seva proliferació. Pot actuar com a punt de control immunitari mantenint l'equilibri entre respostes immunitàries i autoimmunitàries. miniatura|546x546px|Esquema on s'explica el mecanisme antiinflamatori d'IL4I1 en un LPS induced-ALI (Lesió pulmonar aguda induïda per LPS/Lipoproteïnes). Pertany a un estudi sobre el possible ús terapèutic d'IL4I1 en la inflamació.
Inflamació crònica Així com la IL4I1 afavoreix la polarització dels macròfags de tipus 2 (M2), també la redueix en macròfags tipus 1 (M1), els quals s'encarreguen de metabolitzar citocines proinflamatòries, com ara la interleucina-6 (IL6) o el factor de necrosi tumoral alfa (TFN).