<<
>>

Фенолоксидаза в иммунитете беспозвоночных

3. Многие беспозвоночные имеют открытую кровеносную (циркуляторную) систему, а потому их выживание возможно при условии наличия развитой системы локального свертывания крови (гемолимфы), сопряженной с постоянно действующими иммун-

------ \ - ( 1
Меланин 1 Хиноны
V )
Рис.
10. Основные пути активации фенолоксидазной системы беспозвоночных.

ными механизмами распознавания, нейтрализации и элиминации патогенов инфекционной природы (Johansson, Soderhall, 1996). Одним из таких иммунных механизмов является фенолоксидаза (ФО) (Soderhall et al., 1994) и инициирующая ее профенолокси- даэоактивирующая система.

Профенолоксидазоактивирующая система состоит из нескольких белков, среди которых ведущими являются рекогносцировочные белки, сериновые протеиназы, их ингибиторы и про- фснолоксидаза.

Фенолоксидаза (ФО) (монофенил-Ь-допа: кислород оксидоредуктаза; КФ 1.14.18.1) обнаружена в гемолимфе и целомической жидкости у многих беспозвоночных, но наиболее детально изучена у насекомых и ракообразных (Soderhall, Cerenius, 1998; Cerenius, Soderhall, 2004). Фермент катализирует окисление фенолов до хинонов, которые в свою очередь неэнзиматическим путем полимеризуются до меланина (рис. 10). Как промежуточные продукты окисления фенолов, так и меланин, являются токсичными для микроорганизмов соединениями (Soderhall et al., 1996).

ФО у исследованных видов животных находится в циркуляции (крови, гемолимфе, целомической жидкости) в неактивной форме как профенолоксидаза, которая активизируется ступенчатым образом профенолоксидазоактивирующим ферментом (ПФОАФ).

Запуск последнего осуществляется при попадании во внутреннюю среду животного микробных клеток и/или компонентов их стенок (липополисахариды, пептидогликаны, Р-1,3-гликаны), которые по принятому в настоящее время определению являются патогенас- социированными молекулярными паттернами. Активаторами профен олоксидазной системы у насекомых являются именно все три разновидности молекул микробного происхождения. Это свидетельствует о том, что у них существует эволюционно выверенная система распознавания чужеродного («несвоего»), которая может быть отнесена к паттернраспознающим рецепторам (молекулам) (Janeway, 1989, 1992). Рассматриваемая система представляет собой механизм защиты против инфекции, сочетающий в себе как распознающие патогенные («несвои» молекулы), так и инактивирующие их активности. Известно, что меланин — конечный продукт функционирования ФО-системы — обладает фунгистатиче- ской активностью (Soderhall, Ajaxon, 1982; Rowley et al., 1990), генерирует факторы, иммобилизующие бактерии (Marmaras et al.,

1993) и обладающие противовирусным действием (Ourth, Renis, 1993). С активацией профенолоксидазной системы связывают и эффективность таких защитных процессов как фагоцитоз, инкапсуляция, образование узелков (nodules), миграция и адгезия клеток крови (Johansson, Soderhall, 1996). По-видимому, не случайно некоторые паразиты, успешно внедряющиеся в тело животных, часто подавляют именно профенолоксидазоактивирующую систему (Soderhall, 1982; Beauvais et al., 1989).

ПФО и гемоцианины членистоногих, гексамерины и арилфо- риновый рецептор насекомых, Сг-Р1 аллерген таракана являются белками одного семейства (Burmester, Scheller, 1996; Durstewitz, Ternilliger, 1997). Первая ФО вторичноротого животного была клонирована из асцидии Halocynthia roretzi (Sato et al., 1997). ПФО ракообразных синтезируется в клетках крови, в то время как гемоцианин — в гепатопанкреасе (Aspan et al., 1995).

ПФО является ферментом, выделенным из крови некоторых членистоногих (раков и насекомых).

Она имеет молекулярную массу от 70 до 90 кДа, а ФО от 60 до 70 кДа. ПФО рака Pacifastacus leniusculus имеет изоточку 5.4 и содержит два иона меди (Cu2l_) (Aspan, Soderhall, 1991). Гены ПФО некоторых членистоногих клонированы, определена первичная структура белка (Aspan et al., 1995). Он имеет два сайта связывания ионов меди (Си2+). Установлена структурная гомология ПФО речного рака Pacifastacus leniusculus и трех видов насекомых Manduca sexta,

D. melanogaster и Bombyx mori.

Фенолоксидаза (ФО) является гидрофобным белком, неспецифически сорбирующимся на различных поверхностях in vitro (Soderhall, Unestam, 1979). Активность ФО приводит к ковалентному сшиванию многих белков (Ashida, Yoshida, 1988), в том числе и молекул самого фермента, когда исследователи обнаруживают его агрегаты. ПФО активируется в результате ограниченного протеолиза молекулы различными протеазами in vitro. В случае ФО рака доказано наличие эндогенного фермента, осуществляющего расщепление ПФО в крови (Aspan, Soderhall, 1991), который является сериновой протеиназой. ПФО in vitro может быть активирована непротеолитическим путем посредством нагревания или инкубации с детергентами. При подобных воздействиях в молекулах ПФО происходят конформационные изменения, способствующие проявлению оксидазной активности фермента. Физиологическая значимость этого варианта активации фермента остается неясной.

ПФО локализована в гранулярных клетках крови рака (Soderhall, Smith, 1983). В процессе мерокриновой секреции фермент высвобождается в плазму в неактивной форме, и активация всей системы осуществляется уже внеклеточно после взаимодействия с компонентами микробных клеток. У некоторых насекомых наблюдается подобная ситуация с активацией фермента (Leonard et al., 1985), в то время как у других он циркулирует в плазме в форме предшественника (Ashida, 1971). Профенолоксидазоактиви- рующий фермент является сериновой протеазой, которая в свою очередь в плазме предсуществует также в проформе, активируемой, в частности, компонентом стенки низших грибов (3-1,3-гли- каном (Aspan, Soderhall, 1991).

Эта последовательность превращений доказана для анализируемой системы у рака Р. leniusculus. Кутикула насекомых также может быть источником рассматриваемого фермента (Dohke, 1973; Saul, Sugumaran, 1986), наряду с энзимом, локализованным в гемолимфе. Есть сведения о том, что и в отсутствие микробных компонентов, но при наличии низких концентраций Са2+, может происходить трансформация ПФО в ФО (Soderhall, 1981).

Активность системы также регулируется ингибиторами про- геиназ. Из плазмы рака Р. leniusculus выделен высокомолекулярный ингибитор трипсина (Hergenhahu et al., 1987). Из тканей ряда животных выделен гомолог а2-макроглобулина позвоночных, который подавляет активность протеаз, участвующих в активации ПФО (Armstrong, Quigley, 1999).

ПФО-активирующий фермент (ПФОАФ) активируется |М,3-гликанами низших грибов, липополисахаридами грамотри- цательных бактерий и пептидогликанами грамположительных бактерий. Распознавание (3-1,3-гликанов специфично, поскольку а- или Р-1,4-гликаны не инициируют ПФО активирующую систему (Unestam, Soderhall, 1977). Минимально активирующая цепь Р-1,3-гликана должна включить пять моносахаров (Soderhall, Unestam, 1979).

Активаторы микробного происхождения инициируют ПФОАФ членистоногих, иглокожих и асцидий. Белки, связывающие р-1,3- гликаны, очищены из плазмы шелкопряда Bombyx mori (Ochiai, Aslhida, 1988), таракана Blaberus cramifer (Soderhall et al., 1988), а также некоторых ракообразных (Soderhall et al., 1994). После удаления Р-1,3-гликансвязывающего белка (Р-ГСБ) профенолок- сидазоактивирующая система шелкопряда не активируется Р-1,3- гликаном (Yoshida et al., 1986). Необходимо подчеркнуть, что это не единственная функция Р-ГСБ. После взаимодействия р-ГСБ с Р-1,3-гликаном происходит связывание комплекса с мембранным рецептором клеток крови. В результате этого последние секрети- руют компоненты ПФО-системы в ответ на грибковую инфекцию (Ваггассо et al., 1991). У ракообразных Р-ГСБ стимулирует фагоцитоз низших грибов клетками крови (Thornqvist et al., 1994). Первичная структура рассматриваемого белка не имеет очевидных гомологов, но содержит в своем составе триплет RGD, который ответственен за связывание фибронектина и ряда других внеклеточных белков с рецепторами интегринового семейства. Р-1,3-гликансвязывающий белок, отличный от такового ракообразных и насекомых, выделен из подковообразного краба (мечехвоста). Он носит название фактора G (Muta, Iwanaga, 1996), аутокаталитически расщепляется в присутствии Р-1,3-гликана, что создает предпосылки для активации системы, свертывающей гемолимфу. Необходимо подчеркнуть, что мечехвосты не содержат фенолоксидазу, но между каскадами активации их свертывающей гемолимфу системы и профенолоксидазоактивирующей системой ракообразных, насекомых и других беспозвоночных наблюдается заметное сходство.

Наряду с Р-ГСБ у членистоногих обнаружены и липополиса- харидсвязывающие белки (ЛПС-СБ) (Jomori et al., 1990), в том числе у мечехвостов фактор С (Iwanaga et al., 1992). В плазме шелкопряда описан пептидогликансвязывающий белок (ПГСБ), который участвует в активации фенолоксидазной системы (Yoshida et al., 1986). Эндогенные лектины таракана Blaberus discoidalis (Chen et al., 1995) и фосфолипиды мечехвоста Limulus polyphemus (Nellaiappan, Sugumaran, 1996) могут инициировать процесс активации фенолоксидазной системы.

ПФО-активирующему каскаду белков сопутствуют белки клеточной адгезии. Одним из таких белков является рецептор белка, связывающего Р-1,3-гликан. Поскольку белок, связывающий р-1,3-гликан, и белки клеточной адгезии стимулируют клеточное распластывание, дегрануляцию и фагоцитоз, постольку есть основания предполагать присутствие в клетках рецепторов к этим белкам. Такой рецептор для Р-ГСБ идентифицирован и очищен (Duvic, Soderhall, 1992). Есть основания рассматривать его и в качестве рецептора белка клеточной адгезии. Взаимодействие лигандов-белков с рецептором клеток крови приводит к секреции из них компонентов профенолоксидазоак- тивирующей системы.

Следует обратить внимание на то, что профенолоксидазоак- тивирующая система и система комплемента имеют ряд сходных функциональных черт. Они обе активируются компонентами клеточных стенок микроорганизмов и генерируют опсонические факторы. Наконец, ПФО рака Р. leniusculus содержит компле- мент-подобный структурный домен.

Совокупность представленных данных свидетельствует о том, что профенолоксидазоактивирующая система функционирует, сочетая в себе рекогносцировочные и эффекторные свойства. Она развита у некоторых классов членистоногих (ракообразные, насекомые), иглокожих и оболочников. Активирование системы осуществляется Р-1,3-гликанами, липополисахаридами и пепти- догликанами, которые, связываясь с белками системы, приводят к превращению пропротеиназы (ПФОАФ) в сериновую протеи- назу, переводящую в свою очередь профенолоксидазу в фенолок- сидазу. Образование и полимеризация меланина на поверхности патогена завершает процесс активации профенолоксидазы, происходящий в гемолимфе или кутикуле. У рака Р. leniusculus с рассматриваемой системой, по-видимому, в ряде случаев кооперирует адгезионный белок с пероксидазной активностью, известный как пероксинектин (Johansson et al., 1995).

<< | >>
Источник: Кокряков В. Н.. Очерки о врожденном иммунитете. — СПб.: Наука,2006.—261 с.. 2006

Еще по теме Фенолоксидаза в иммунитете беспозвоночных:

  1. Что такое иммунитет?
  2. Образное представление об иммунитете
  3. Иммунитет и стресс
  4. МЕДИАТОРЫ КЛЕТОЧНОГО ИММУНИТЕТА
  5. КАК ПРОЯВЛЯЕТСЯ ДЕЙСТВИЕ ИММУНИТЕТА
  6. ЧТО СНИЖАЕТ ИММУНИТЕТ?
  7. ИММУНИТЕТ
  8. Врожденные и приобретенные нарушения иммунитета
  9. Кокряков В. Н.. Очерки о врожденном иммунитете. — СПб.: Наука,2006.—261 с., 2006
  10. Позднее прикладывание к груди ослабляет иммунитет!
  11. Мистические и духовные свойства иммунитета
  12. Пять причин, понижающих иммунитет
  13. МЫСЛЯЩЕЕ ТЕЛО: СТРЕСС, ГОРМОНЫ И ИММУНИТЕТ
  14. III.3.6. КРАТКОЕ ПОВТОРЕНИЕ ДАВНО ИЗВЕСТНОГО ОБ ИММУНИТЕТЕ...
  15. Федоров В.А., Ковеленов Ф.Ю., Ковлен Д.В., Рябчук Ф.Н., Васильев А.Э.. РЕСУРСЫ ОРГАНИЗМА. ИММУНИТЕТ, ЗДОРОВЬЕ И ДОЛГОЛЕТИЕ.Санкт-Петербург: Вита Нова,2004, 2004