Χημειοταξία, chemiotaxis, chemotropis

Kίνηση κυττάρων ή οργανισμών σε απάντηση σε χημικά από τα οποία τα κύτταρα προσελκύονται (θετική χημοταξία) ή αποθούνται (αρνητική χημοταξία) από που έχουν χημικές ιδιότητες. Τα κύτταρα που εμφανίζουν χημοταξία μετακινούνται από περιοχές με χαμηλότερη συγκέντρωση του χημοτακτικού παράγοντος προς περιοχές με υψηλότερη, επί θετική χημειοταξίας και αντίστροφα επί αρνητικής.

Έχει από χρόνια κατανοηθεί ότι τα ουδετερόφιλα λευκοκύτταρα, μεταξύ πολλών άλλων κυτταρικών ειδών και μονοκυττάρων οργανισμών (αμοιβάδα), είναι κινητά κύτταρα. Όμως μόνο τα τελευταία χρόνια έχει αναγνωρισθεί ότι τα κύτταρα της φλεγμονής μπορεί να προκαλέσουν ιστική καταστροφή κι έχει υπογραμμισθεί η σπουδαιότητα των μηχανισμών χημειοταξίας. Η ικανότητα της μεταναστεύσεως έχει αναγνωρισθεί σε πολλά άλλα είδη κυττάρων, η σημασία της οποίας έχει εκτιμηθεί στην αποκατάσταση των ιστικών βλαβών και τη διατήρηση της σχέσεως "δομή-λειτουργία" του αναπνευστικού συστήματος. 

Α. Μηχανισμοί μεταναστεύσεως κυττάρων

Οι μηχανισμοί μεταναστεύσεως των κυττάρων, ακόμη και των κυττάρων της φλεγμονής, όπως τα ουδετερόφιλα, δεν έχουν  με ακρίβεια διευκρινισθεί. Η διαδικασία της χημειοταξίας εξελίσσεται  σε τρείς (τουλάχιστον) φάσεις:

1. απελευθέρωση (ή παραγωγή και απελευθέρωση) χημειοτακτικών παραγόντων,

2. σύνδεση του χημειοτακτικού παράγοντος σε κατάλληλο υποδοχέα και,

3. ενεργοποίηση μιάς πολύπλοκης σειράς γεγονότων, που πυροδοτούν την κίνηση των κυττάρων προς το χημειοτακτικό ερέθισμα.

Από τους λεπτομερέστερα μελετηθέντες χημειοτακτικούς παράγοντες, ένα βακτηριακό πεπτίδιο φαινυλαλανίνης, συνδεόμενο με ουδετεροφιλικούς υποδοχείς απολήγει στην ενεργοποίηση μιάς G-πρωτεϊνης, η οποία επάγει τη διάσπαση της φωσφατυδιλινοσιτόλης, την απελευθέρωση ιόντων Ca από τις ενδοκυττάριες αποθήκες και, τελικά, την απελευθέρωση αραχιδονικού οξέος. Από αυτήν ξεκινά μια πολύπλοκη αλληλουχία αντιδράσεων, που καταλήγει στη φωσφορυλίωση και την ενεργοποίηση πολλών πρωτεϊνών κι ενζύμων, με τελικό αποτέλεσμα το σχηματισμό ψευδοποδίων, τα  οποία εκτείνονται από το κύτταρο, προσκολλώνται στην επιφάνεια μπροστά από αυτό και το έλκουν μετακινώντας το. Από τα διάφορα πεπτίδια, εκείνα που υδρολύονται εύκολα έχουν ισχυρότερη χημειοτακτική δράση, συγκριτικά με τα βραδέως υδρολυόμενα και επιπλέον, οι ουσίες που αναστέλλουν την υδρόλυση, αναστέλλουν επίσης και τη χημειοταξία. Οι τελευταίες αυτές παρατηρήσεις υποδηλώνουν ότι, η υδρόλυση των πεπτιδίων είναι ένα υποχρεωτικό βήμα για την επαγωγή της κατευθυνόμενης κινήσεως των κυττάρων. Ο μηχανισμός με τον οποίο ολοκληρώνεται η προς τα εμπρός κίνηση του κυττάρου φαίνεται πολύπλοκος, αν και είναι γνωστό ότι προϋποτίθεται ο πολυμερισμός της ακτίνης.

Έχουν επισημανθεί δύο μορφές κινήσεων:

I. Το πρώτο είδος κινήσεως αναφέρεται στη μεταβολή θέσεως, αλλά όχι στην μετανάστευση.

ΙΙ. Το δεύτερο είδος αφορά την "προσανατολισμένη" μετανάστευση προς την κατεύθυνση της μεγαλύτερης συγκεντρώσεως χημειοτακτικών παραγόντων ("chemoattractants"), για τους οποίους κάθε λευκοκύτταρο φέρει περίπου 2.000 επιφανειακούς υποδοχείς.

Από την πληθώρα των διαθέσιμων αυτών υποδοχεών, μόνο 100-200 απαιτούνται για την επίτευξη μεγιστης χημειοτακτικής δραστηριότητας. Οι υποδοχείς αυτοί στις κυτταρικές μεμβράνες των λευκοκυττάρων είναι πολύ ειδικοί, έτσι που μικρές μεταβολές στο μόριο του χημειοτακτικού παράγοντα συνεπάγεται μεταβολή της συμπεριφοράς του κυττάρου. Η ειδικότητα αφορά όχι μόνο τη σύνθεση εξ αμινοξέων του πεπτιδικού μορίου των χημειοτακτικών παραγόντων, αλλά ακόμη και την αλληλουχία με την οποία εμφανίζονται στην πεπτιδική αλυσίδα. Εκτός από την παρουσία κατάλληλων χημειοτακτικών παραγόντων, η χημειοτακτική -δηλαδή προσανατολισμένη- κίνηση των λευκοκυττάρων προϋποθέτει την ενδοκυττάρια διάθεση ενέργειας και κατάλληλες συνθήκες περιβάλλοντος, όπως θερμοκρασία μεταξύ 25 και 40 °C και pH 6,5 και 7,6.

Εκτός της χημειοταξίας, οι αντεπιδράσεις μικρών πεπτιδίων με τα ουδετερόφιλα συνεπάγονται την απελευθέρωση λυσοσωμιακών ενζύμων. Σε πολλούς βιοδραστικούς παράγοντες έχει αναγνωρισθεί η ταυτόχρονη ικανότητα της χημειοταξίας και της επαγωγής της απελευθερώσεως λυσοσωμιακών ενζύμων. Μεταξύ αυτών συμπεριλαμβάνεται ο χημειοτακτικός παράγοντας του Escherichia  Colli, καθώς επίσης και διάφορα παράγωγα του συμπληρώματος. Η απελευθέρωση λυσοσωμιακών ενζύμων κατά τη διαδικασία χημειοταξίας διαμεσολαβείται με τα κυκλικά νουκλεοτίδια (κAMΡ), τη θεοφυλλίνη και την προσταγλανδίνη ΕC1. Αντίθετα, αναστέλλεται από την κολχικίνη. Μερικοί συγγραφείς παρουσιάζουν εργαστηριακές πληροφορίες, σύμφωνα με τις οποίες οι προσταγλανδίνες έχουν χημειοτακτικές ιδιότητες, αλλά δεν επάγουν μηχανισμούς απελευθερώσεως λυσοσωμιακών ενζύμων από τα ουδετερόφιλα κύτταρα. Τελευταία, έχει δειχθεί ότι το πεπτίδιο {Gly-His-Gly} μπορεί να προκαλεί χημειοταξία, χωρίς την πρόκληση ταυτόχρονης απελευθερώσεως λυσοσωμιακών ενζύμων, γεγονός που σημαίνει ότι η χημειοταξία ή η εξωκυττάρωση ενζύμων μπορούν, στην πραγματικότητα, να διαμεσολαβούνται μέσω διαφορετικών υποδοχεών.

Εκτός της χημειοταξίας και της απελευθερώσεως ενζύμων, η συνένωση χημειοτακτικών παραγόντων με ουδετερόφιλα κύτταρα συνεπάγεται συνάθροιση των κυττάρων και τοπική παραγωγή υπεροξειδίων (Ο2-), τα οποία συμμετέχουν στην πρόκληση ιστικής βλάβης στα ενδοθηλιακά κύτταρα του πνεύμονα. Μερικοί συγγραφείς αναγνωρίζουν ότι τα ουδετερόφιλα χάνουν τη χημειοτακτική απαντητικότητά τους παρουσία φωσφορικών εστέρων, πιθανότατα επειδή η χημειοτακτική απαντητικότητα των λευκοκυττάρων οφείλεται στη διαμεσολάβηση μιας εστεράσης, που ευρίσκεται στην επιφάνεια ή το εσωτερικό των κυττάρων. Μετά τη συνένωση των χημειοτακτικών παραγόντων με επιφανειακούς υποδοχείς των κυττάρων, παρατηρούνται μεταβολές στην κυτταρική συγκέντρωση των ηλεκτρολυτών Κ, Να και Ca. Στην πραγματικότητα ενεργοποιείται η αντλία Κ- Να προς εισροή Κ και εκροή Να. Δεν είναι γνωστό εάν η λειτουργία αυτή σχετίζεται ευθέως με την κίνηση των κυττάρων ή εάν απλά πρόκειται περί δραστηριότητας που αποσκοπεί στην εξασφάλιση ηλεκτρολυτικών ισορροπιών στο εσωτερικό των κυττάρων κατά τη διάρκεια της κινήσεώς τους. Άλλοι συγγραφείς έχουν επισημάνει ότι, η παρουσία χημειοτακτικών παραγόντων προκαλεί ζωηρή εισροή ιόντων ασβεστίου, που δρομολογεί τις αναγκαίες βιοχημικές μεταβολές για την αύξηση της αποδόσεως ενέργειας, τον προσανατολισμό των μικροϊνιδίων του κυττάρου και το σχηματισμό ψευδοποδίων. Η αναγκαία ενέργεια για την κίνηση των κυττάρων, μετά τη συνεπίδρασή τους με τους χημειοτακτικούς παράγοντες του περιβάλλοντος, παρέχεται από την εντατικοποίηση του κυτταρικού μεταβολισμού, την αύξηση της αερόβιας γλυκολύσεως και την ενεργοποίηση της οδού της μονοφωσφορικής εξόζης.

χημειοτακτική δραστηριότητα
αναστολείς μεταναστεύσεως