Interleukin 15 (IL-15) byl v roce 1994 objeven a charakterizován jako růstový faktor buněk. IL-15 je 14 – 15 kDa velký glykoprotein, který svoji terciární strukturou patří do rodiny cytokinů obsahujících čtyři alfa-helixové domény.J. C. Steel, et al., "Interleukin-15 biology and its therapeutic implications in cancer," Trends in Pharmacological Sciences, vol. 33, pp. 35-41, 2012. PMID:22032984. Kromě IL-15 se do této rodiny cytokinů řadí také interleukin-2 (IL-2), interleukin-4 (IL-4), interleukin-7 (IL-7), interleukin-9 (IL-9), granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF) a granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF).A. Di Sabatino, et al., "Role of IL-15 in immune-mediated and infectious diseases," Cytokine & Growth Factor Reviews, vol. 22, pp. 19-33, 2011. PMID:21074481.
Interleukin 15 je konstitutivně produkován velkým množstvím buněčných typů, jako jsou monocyty, makrofágy, dendritické buňky (DC), keratinocyty, fibroblasty a nervové buňky. Navíc byla jeho produkce pozorována v mnoha tkáních, jako jsou ledvina, placenta, plíce, srdce nebo kosterní sval. Díky svým pleiotropním působením hraje IL-15 významnou roli jak ve vrozené tak v adaptivní imunitní odpovědi. Navíc se podílí na regulaci imunitního systému v odpovědi na infekci bakteriálního či virového původu. Důležitou roli hraje IL-15 také v protinádorové odpovědi, alergiích a v autoimunitních chorobách.J. P. Lodolce, et al., "Regulation of lymphoid homeostasis by interleukin-15," Cytokine & Growth Factor Reviews, vol. 13, pp. 429-439, 2002. PMID:12401478.
Exprese IL-15 Interleukin 15 je kódován genem velkým 34 kb, nacházející se u člověka na chromozomu 4q31 a u myší v centrálním regionu chromozomu 8.T. A. Waldmann and Y. Tagaya, "The multifaceted regulation of interleukin-15 expression and the role of this cytokine in NK cell differentiation and host response to intracellular pathogens," Annual Review of Immunology, vol. 17, pp. 19-49, 1999. PMID:10358752. Gen IL-15 tvoří 9 exonů (1 – 8 a 4A) a 8 intronů. Pouze 4 exony (5 – 8) kódují maturovaný protein (Obr. 2).
náhled|Obr. 2 Interleukin 15 je kódován 34 kb velkým genem, nacházejícím se u člověka na chromozomu 4q31 a u myší v centrálním regionu chromozomu 8. Gen je složen z 9 exonů (1 - 8 a 4A) a 8 intronů. Pouze 4 exony (5 až 8) kódují maturovaný protein.
náhled|Obr.3 Rozlišujeme dvě izoformy mRNA interleukinu 15, které se odlišují délkou signálního peptidu. Izoforma s delším signálním peptidem (IL-15LSP) sestává z 316 bp velkého 5´-netranslatovaného regionu (UTR), 486 bp kódující sekvence, 400 bp dlouhého úseku 3´-UTR, který je translatován do prekurzorového proteinu. Navíc delší izoforma obsahuje 48 aminokyselin (aa) dlouhý signální peptid. Kratší izoformy (IL-15 SSP) obsahuje 21 aminokyselin dlouhý signální peptid, který je kódován exony 4A a 5.
Alternativním sestřihem jsou u člověka a také u myší vytvářeny dvě izoformy IL-15, které se odlišují délkou svého signálního peptidu. Delší izoforma (IL-15 LSP) obsahuje 48 aminokyselin dlouhý leader peptid, na 5´-konci netranslatovaný region (5'UTR) o velikosti 316 bp, 486 bp dlouhou kódující sekvenci a na 3´-konci 400 bp dlouhý UTR region. IL-15 LSP izoforma byla identifikována v Golgiho aparátu, časných endozomech a v endoplasmatickém retikulu. Proto se může vyskytovat jako sekretovaná forma a/nebo vázaná na membránu nejčastěji dendritických buněk. Navíc je IL-15 LSP izoforma exprimována tkáněmi kosterního svalstva, placentou, srdcem, plícemi, játry a ledvinami.Y. Tagaya, et al., "Generation of secretable and nonsecretable interleukin 15 isoforms through alternate usage of signal peptides," Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 94, pp. 14444-14449, Dec 1997. PMID:9405632. Izoforma s krátkým signálním peptidem (IL-15 SSP) o velikosti 21 aminokyselin je kódována exony 4A a 5. Tato krátká izoforma byla identifikována zejména ve tkání testes a thymu. IL-15 SSP je lokalizován v cytoplazmě, nebo je translokována do jádra. IL-15 SSP nevytváří sekreční formu proteinu. Signální peptidy obou izoforem sdílejí sekvenci 11 identických aminokyselin, které jsou kódovány exonem 5. IL-15 LSP a IL-15 SSP kódují stejný maturovaný protein.H. Nishimura, et al., "Differential roles of interleukin 15 mRNA isoforms generated by alternative splicing in immune responses in vivo," Journal of Experimental Medicine, vol. 191, pp. 157-169, Jan 2000. PMID:10620614.
U myší, jsou alternativním sestřihem variabilního exonu 5, vytvářeny dvě izoformy interleukinu 15. Izoforma kódována IL-15 mRNA s normálním exonem 5 vytváří sekretovanou formu. Na druhou stranu, izoforma obsahující alternativní exon 5 s jiným 3´-sestřihovým místem, má vyšší translační účinnost a postrádá hydrofobní doménu signální sekvence, a proto je lokalizována intracelulárně.
Produkce IL-15 je kontrolována mnoha faktory na úrovni transkripce, translace a vnitrobuněčného pohybu. Nejdůležitější regulace syntézy IL-15 probíhá na posttranskripční úrovni. Ačkoliv je mRNA interleukinu 15 konstitutivně exprimována v mnoha tkáních a buněčných typech, jako jsou fibroblasty, svalové buňky, keratinocyty, adipocyty či nádorové buňky, představuje IL-15 cytokin, který je produkován zejména dendritickými buňkami, monocyty, makrofágy a stromálními buňkami. Na rozdíl od interleukinu 2, není produkován T buňkami. Rozdíl mezi expresi IL-15 mRNA a produkci proteinu je způsoben posttranskripční regulací, která vede k odpojení translace a udržování netranslatovaného mRNA IL-15 v buňce. Translace mRNA uložené v buňce může být indukována specifickými signály. Základním regulačním mechanismem tohoto procesu představuje 5´-netranslatovaný region IL-15 mRNA, obsahující 12 upstream iniciačních translačních AUG kodonů u člověka a 5 u myší.M. Jakobisiak, et al., "Interleukin 15 as a promising candidate for tumor immunotherapy," Cytokine & Growth Factor Reviews, vol. 22, pp. 99-108, 2011. PMID:21531164. Navíc důležitou roli v regulaci, hrají také proteinové sekvence signálního peptidu a C-konce maturovaného proteinu.R. N. Bamford, et al., "The 5 ' untranslated region, signal peptide, and the coding sequence of the carboxyl terminus of IL-15 participate in its multifaceted translational control," Journal of Immunology, vol. 160, pp. 4418-4426, May 1998. PMID:9574546. Produkce interleukinu 15 může být stimulovaná pomocí GM-CSF, dvouvláknové mRNA, oligonukleotidy s metylovanými CpG, lipopolysacharidem (LPS), interferonem gama (IFN-γ), nebo také po infekci monocytů herpes virem, Mycobacterium tuberculosis či Candida Albicans. V indukci produkce IL-15 se uplatňují zejména 5´konzervované regulační motivy nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells (NF-κB) a IRF response element (IRF-E) (Obr. 3).
Signalizace IL-15 Působení interleukinu 15 zahrnuje juxtakrinní (cell-to-cell contact), intrakrinní (přímo v buňce) a reverzní signalizaci. Zpočátku byl interleukin 15 charakterizován jako solubilní molekula. Později bylo prokázáno, že IL-15 existuje také v membránově vázané formě, která představuje majoritní formu. Na membránu může být vázán přímo nebo v komplexu s IL-15Rα. V obou případech je součástí imunologický synapse.
Hlavním způsobem signalizace interleukinu 15 představuje trans-prezentace, která je zprostředkována receptorem IL-15Rα, vytvářejícím s IL-15 stabilní, na membránu vázaný komplex IL-15Rα/IL-15 (Obr. 6).S. K. Olsen, et al., "Crystal Structure of the Interleukin-15 Interleukin-15 Receptor Complex: INSIGHTS INTO TRANS AND CIS PRESENTATION," Journal of Biological Chemistry, vol. 282, pp. 37191-37204, 2007. PMID:17947230. náhled|Obr. 6 Hlavním způsobem signalizace interleukinu 15 představuje trans-prezentace, která je zprostředkována receptorem IL-15Rα, který vytváří s IL-15 stabilní na membránu vázaný komplex IL-15Rα/IL-15. Juxtakrinní signalizační dráha začíná vazbou IL-15 na IL-15Rα s následnou prezentací IL-15 v komplexu okolním buňkám nesoucím na svém povrchu IL-15Rβγc receptor.Receptor IL-15Rα váže IL-15 s vysokou afinitou (Ka = 1×1011/M), na rozdíl od receptoru IL-15Rβγc, který váže IL-15 s afinou o něco nižší (Ka = 1×109/M)(Obr. 7). náhled|Obr. 7 Receptor IL-15Rα váže IL-15 s vysokou afinitou Ka = 1×1011/M), na rozdíl od receptoru IL-15Rβγc, který váže IL-15 s afinitou o něco nižší (Ka = 1×109/M).Juxtakrinní signalizační dráha začíná vazbou IL-15 na IL-15Rα receptor, s následnou prezentací IL-15 v komplexu okolním buňkám nesoucím na svém povrchu IL-15βγc receptor. Následně prostřednictvím β a γc řetězce receptorového komplexu, dochází k aktivaci Janus kinase 1 (JAK1) β řetězcem a Janus kinase 2 (JAK2) γc řetězcem komplexu. Jejich aktivace vede k fosforylaci a aktivaci signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) a STAT5, které podobně jako v případě IL-2 indukují změnu v B-cell lymphoma 2 (Bcl-2), MAP (mitogen-activated protein kinase) kinázové dráhy a fosforylaci Lck (Lymphocyte-specific protein tyrosine kinase) a Syk (spleen tyrosine kinase) kinázy. Výsledkem signální kaskády je proliferace a maturace buněk (Obr. 8).K. S. Schluns, et al., "The roles of interleukin-15 receptor α: Trans-presentation, receptor component, or both?," The International Journal of Biochemistry & Cell Biology, vol. 37, pp. 1567-1571, 2005. PMID:15896666. náhled|Obr. 8 Prostřednictvím β a γc řetězce receptorového komplexu, dochází k aktivaci Janus kinase 1 (JAK1) β řetězcem a Janus kinase 2 (JAK2) γc řetězcem komplexu. Jejich aktivace vede k fosforylaci a aktivaci signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) a STAT5, které podobně jako v případě IL-2 indukují změnu v B-cell lymphoma 2 (Bcl-2), MAP (mitogen-activated protein kinase) kinázové dráhy a fosforylaci Lck (Lymphocyte-specific protein tyrosine kinase) a Syk (spleen tyrosine kinase) kinázy. Výsledkem signální kaskády je proliferace a maturace buněk.
U adipocytů dochází k aktivaci JAK2 a STAT5 místo původní aktivace JAK1/3 a STAT3/5. Fosforylací STAT se formují transkripční faktory, které následně regulují transkripci příslušným genů. β řetězec aktivuje tyrozin kinázy rodiny Src, (Lck, Fyn a Lyn). Navíc může aktivovat také fosfatidylinositol 3 kinázu (PI3K) AKT signální dráhy, čímž reguluje expresi transkripčních faktorů c-Fos, c-Jun, c-Myc a NF-κB. Na druhou stranu, receptor IL-15Rα může přenášet signál prostřednictvím Syk protein kinázy rodiny Syk/ZAP70 a následně aktivuje protein tyrosin kinázu AXL. Interleukin 15 se může vázat na IL-15βγc signální komplex bez přítomnosti IL-15Rα receptoru. Po vazbě, aktivuje IL-15 kinázy z rodiny Src, Lck a Fyn, které následně aktivují PI3K a MAPK signální dráhy.P.-Y. Perera, et al., "The role of interleukin-15 in inflammation and immune responses to infection: implications for its therapeutic use," Microbes and Infection, vol. 14, pp. 247-261, 2012. PMID:22064066.
Signalizace interleukinem 15 může pobíhat kromě trans-prezentace také cis-prezentací, kdy dochází k interakci IL-15 se signálním komplexem IL-15Rβγc na povrchu téže buňky, prostřednictvím vysokoafinitního receptoru IL-15Rα. Tento způsob signalizace umožňuje flexibilita C-konce ektodomény IL-15Rα, prostřednictvím linkeru o velikosti 32 aminokyselin, a/nebo 74 aminokyselin dlouhým PT regionem (Obr. 4). Díky tomu leží C-konec IL-15Rα v rovině téměř rovnoběžné s plazmatickou membránou.
náhled|Obr. 4 Signalizace IL-15 může díky uspořádání IL-15Rα probíhat také prostřednictvím cis-prezentace, na které se podílí zejména 32 aminokyselin velký linker a také PT region o velikosti 74 aminokyselin nacházející se na C-konci IL-15Rα. Pomocí těchto oblastí se může IL-15Rα receptor nacházet téměř v rovnoběžně s plazmatickou membránou.
Biologická aktivita IL-15