<<
>>

Транскрипционный фактор NFkB и родственные ему белки

NFkB был открыт в лаборатории Д. Балтимора (США) при изучении механизмов регуляции гена, ответственного за синтез легкой к-цепи иммуноглобулинов в В-лимфоцитах мыши (Sen, Baltimore, 1986; Baldwin, 1996).

В синтезирующих иммуноглобулины лимфоцитах он был выявлен в ядре клеток, что и послужило основанием для принятого в литературе названия: Nuclear Factor к В—NFkB.

В дальнейшем выяснилось, что рассматриваемый транскрипционный фактор встречается практически во всех клетках человека, причем его первоначальная после синтеза локализация является цитоплазматической, где он находится в связанном состоянии со своим ингибитором (Inhibitor кВ—1кВ) (Baeuerle, Baltimore, 1988). Процесс активации NFkB является многостадийным. Он инициируется многочисленными химическими, физическими и биологическими факторами при стрессе и инфицировании животных и человека. Каскады активации NFkB начинаются после связывания лигандов с рецепторами некоторых цитокинов (IL1R, IL18R) и Толл-подобными рецепторами (рис. 6, 7). Многоступенчатый процесс сигнальной трансдукции завершается фосфорилированием 1кВ с его последующим протеолизом в протеасомах и транслокацией «освобожденного» от ингибитора NFkB в ядро (Beg, Baldwin, 1993). В ядре NFkB выполняет свою функцию транскрипционного фактора, связываясь со специфическим сайтом кВ (5'-GGGPuNPyCC-3) в промоторах и энхансерах более чем 150 генов.

По своей структурной организации NFkB и родственные ему белки являются димерами, состоящими из субъединиц р50 (NFkB 1), р52 (NFkB2), р65 (RelA), Rel (c-Rel) и RelB. NFkB представляет собой гетеродимер, образованный путем нековалентного связывания субъединиц р50 и р65 (RelA) с молекулярными массами около 50 и 65 кДа соответственно. В структуре всех пяти субъединиц выявлены участки RHD (от англ. Rel Homology Domain), ранее описанные при изучении онкогена rel, поэтому все вместе они составляют семейство NFKB/Rel белков.

У дрозофилы к этой группе принадлежат транскрипционные факторы Dorsal, Dif, Relish. N-концевой RHD домен белков NFKB/Rel семейства является консервативной в эволюции структурой, и именно он ответственен за связывание с кВ- сайтом промоторов и энхансеров многих генов белков иммунитета, воспаления и стресса. В С-концевых доменах белков-предшествен- ников субъединиц р50 и р52 представлены последовательности с анкириновыми повторами. В ходе процессинга они отщепляются от молекул р105/р50 (NFkBI) и р100/р52 (NFkB2) соответственно. Кроме того, анкириновые повторы характерны для ингибиторов NFkB—ІкВа, 1кВ(3, Bcl-3, cactus. Именно эти домены маскируют в комплексе NFkB/IkB сигнальные последовательности NFkB, которые определяют конечную ядерную локализацию транскрипционного фактора (nuclear localization sequence — NLS). Наиболее распространенным вариантом NFkB, участвующим в активации генов иммунного ответа и стресса, является гетеродимер p50/p65(RelA). Функциональная активность именно этой формы транскрипционного фактора будет рассматриваться нами далее. В большинстве клеток млекопитающих NFkB после синтеза располагается в комплексе с ІкВа или ІкВр в цитоплазме. Стрессорные воздействия на организм или его инфицирование инициируют по рецепторопосре- дованному механизму каскад активации NFkB у млекопитающих и Dif/Relish в клетках дрозофилы.

На рис. 7 представлены каскады активации NFKB/Rel транскрипционных факторов у мыши и плодовой мушки. Лигандом, запускающим путь активации Dorsal и Dif транскрипционных факторов дрозофилы, является эндогенный цистинсодержащий пептид, именуемый в литературе как «Spatzle». В случае активации транскрипционного фактора Dorsal, ответственного за регуляцию транскрипции гена антигрибкового пептида под названием «дрозомицин», образование лиганда Толл-рецептора (ТР) происходит при участии каскада сериновых протеиназ (Hoffmann et al., 2002). Нокаут по ингибиторам сериновых протеиназ (сер- пинам) у D. melanogaster приводит к конститутивной генерации «Spatzle» и, как следствие, неиндуцированному непрерывному синтезу дрозомицина (Levashina et al., 1999).

Протеолитический каскад, формирующий лиганд Толл-рецептора, запускается компонентами микробной стенки. В данном конкретном случае это, по-видимому, маннаны низших грибов.

Существуют и особенности в лигировании липополисахаридов Толл-подобным рецептором четвертого типа (ТПР4) моно- цитов/макрофагов у млекопитающих (Poltorak et al., 1998). Как правило, детекцию свободного липополисахарида во внутренней среде животного осуществляет специализированный белок, названный липополисахаридсвязывающим белком (ЛСБ) (Schumann et al., 1990). В отличие от маннозосвязывающего лектина (МСЛ) этот белок распознает эндотоксины по их относительно консервативной части — липиду А. Комплекс ЛСБ/липополисахарид переносится и локируется к молекуле CD14, локализованной на поверхности иммунных клеток (моноциты/макрофаги, В-лимфоци- ты, нейтрофилы) и являющейся рецептором эндотоксина (Wright et al., 1990). Есть данные и о возможности прямого, неопосредованного ЛСБ, связывания липополисахаридов с CD14. Особенностью CD14 как рецептора, лигирующего эндотоксин, является отсутствие у него внутриклеточного домена. В силу этого связывание им липополисахаридов не приводит к инициации какого-либо каскада трансдукции сигнала. Условия для запуска пути сигнальной транс- дукции в макрофагах возникают в случае кооперации CD 14 с ТПР4. CD 14-рецептор эстафетно передает липополисахарид рецептору ТПР4. Последний благодаря особенностям структуры своего внеклеточного домена, представляющего наличие повторяющихся аминокислотных последовательностей, которые обогащены лейцином (LRR-leucine-rich repeat), эффективно связывает эндотоксин за счет гидрофобных взаимодействий между липополисахаридом и белком. Подобное связывание, осуществляемое одновременно двумя пространственно сближенными молекулами ТПР4 в присутствии вспомогательного белка MD-2, инициирует запуск пути сигнальной трансдукции, ведущий к активации NFkB. Сходно этот процесс протекает в клетках жирового тела и гемоцитах дрозофилы после лигирования Толл-рецептором пептида «Spatzle», образование которого было инициировано маннаны низших грибов (Lemaitre et al., 1996).

Необходимость сближения двух молекул ТПР4 у мышей или ТР у дрозофилы связана с созданием условий для взаимодействия внутриклеточных доменов этих рецепторов с белком Myd88 (myeloid differentiation factor 88) у мыши и частично гомологичным ему белком Tube у дрозофилы (рис. 7). Эти домены получили название TIR (Toll/IL-1 Receptor homologous region) вследствии того, что они оказались практически идентичными у внутриклеточных частей ТПР и рецептора 1 типа ИЛ-1. Это открытие позволило понять сходство иммуномодулирующих эффектов эндотоксинов и цитокина ИЛ-1, известное иммунологам еще с 70—80-х г. XX в. Несмотря на различия в лигандах и структуре внеклеточных доменов ТПР4 и рецептора ИЛ-1, тождественный характер структуры их внутриклеточных доменов определяет возможность реализации общего пути сигнальной трансдукции (рис. 6, 7), завершающегося активацией NFkB. Ассоциированный с Толл-подобными рецепторами белок MyD88 (или Tube у дрозофилы), обеспечивает уже за счет присутствия в его структуре разновидности домена смерти (death domain) образование внутриклеточного комплекса с IRAK-киназа-

ми (IL-1 receptor-associated kinase). У насекомых структурно-функциональными гомологами IRAK-киназ является белок Pelle. Эти киназы, осуществляющие фосфорилирование белков по остаткам серина и треонина (серин, треониновые киназы), мобилизуют адап- торный белок TRAF6 (tumor necrosis factor receptor-associated factor 6). Все эти межмолекулярные взаимодействия приводят к активации комплекса 1кВ киназы (Inhibitory кВ kinase — IKK), фосфорилиру- ющего ингибитор 1кВ. Фосфорилирование последнего приводит к его отсоединению от NFkB, последующему убиквитилированию и протеолизу в протеасомах. Свободный NFkB с экспонированным участком сигнала ядерной локализации транслоцируется в ядро, где и осуществляет после связывания со специфическими для него сайтами ДНК регуляцию генов иммунного ответа. Сходные по структуре рассмотренным белкам млекопитающих факторы участвуют в активации генов иммунного ответа у дрозофилы (dTRAF2), реализуемой через фосфорилирование и последующий протеолиз ингибитора транскрипционных факторов под названием Cactus и транслокации Dorsal в ядро. Компоненты каскада, связывающие TRAF6 (dTRAFI/б) и IKK (dIKK), также описаны в настоящее время и один из них известен как ECSIT (evolutionary conserved signaling intermediate in Toll pathway), который сопряжен с MAP-киназой киназы 1 (MAP-ECSIT kinase kinase-1, или MEKK1) (Kopp et al., 1999). Следует обратить внимание на то обстоятельство, что как у млекопитающих, так и у насекомых в каскадах активации NFkB и Dif/Relish после звена TRAF (dTRAFl/б) наблюдается разветвление цепи, приводящее к возможности активации одного и того же транскрипционного фактора разными путями, а также вовлечению в регуляционную систему других транскрипционных факторов (АР-1, Elk-1, c-Jun) (Zhang, Ghosh, 2001). Все это свидетельствует о сложности путей, определяющих активацию только нескольких транс-факторов, значимых в иммунном реагировании животных на патогены. Но один из важных выводов, базирующийся на рассмотренном материале, заключается в том, что многие молекулярные звенья реализации иммунных реакций врожденного типа у млекопитающих и насекомых паразительно сходны по своей структуре и характеру функционирования (Hoffmann et al., 1999, 2002). Как в связи с этим не вспомнить о концепции академика А. М. Уголева о стереотипных структурно-функциональных блоках, достаточно консервативных по своей химической природе, комбинация которых обеспечивает удивительное многообразие регуляторных механизмов живых систем (Уголев, 1985).

Отмечая структурно-функциональное сходство ряда ключевых белков и путей сигнальной трансдукции, связанных с Толли Толл-подобными рецепторами, необходимо отметить и существующие между ними различия у насекомых и млекопитающих. Во-первых, непосредственным лигандом Толл-рецептора у дрозофилы является эндогенный пептид «Spatzle», индуктивное образование которого из белка-предшественника осуществляется каскадом сериновых протеиназ, активируемых ПАМП (например, маннаны дрожжей). Для большинства же Толл-подобных рецепторов млекопитающих установлено, что их непосредственными лигандами являются ПАМП. Во-вторых, белки Tube (дрозофила) и MyD88 (млекопитающие) каскадов сигнальной трансдукции имеют между собой только частичную структурную гомологию. Наконец, у дрозофилы гомолог IKK комплекса млекопитающих до настоящего времени достоверно не описан.

Установленное разделение специфичности лигандов для изоформ Толл-подобных рецепторов (табл. 1) свидетельствует о том, что уже в рамках блока механизмов врожденного иммунитета у животных наблюдается избирательное реагирование на тот или иной патогенассоциированный молекулярный паттерн. Так, каскад, начинающийся с Толл-рецептора у D. melanogaster, реагирует на грибковую инфекцию насекомого, в то время как защита от бактерий связана с родственным ему 18-Wheeler рецептором. В результате инициации того или иного пути активируются разные группы генов, белковые продукты которых являются антибиотическими пептидами, наиболее эффективно поражающими биологический источник ПАМП. В случае инфицирования дрозофил грибковой инфекцией через Толл-рецептор запускается каскад активации трансфактора Dif/Relish, регулирующего активность гена дрозомицина — наиболее эффективного в отношении низших грибов антимикробного пептида (Hoffmann et al., 1999). При бактериальном вторжении иммунная система дрозофилы (жировое тело, амебоциты гемолимфы, клетки кутикулы) через 18-Wheeler рецептор запускает каскад активации трансфакторов и регулируемых ими генов, которые'ответственны за синтез дефенсинов, цекропинов и других бактерицидных пептидов. В системе Толл-подобных рецепторов у млекопитающих также наблюдается разделение функций между отдельными ее представителями (табл. 1). Так, ТПР4 реагирует преимущественно на липополисахариды, ТПР5 — на белок жгутиков бактерий флагеллин, ТПРЗ — на двуспиральную РНК вирусов. Некоторые рецепторы, как например ТПР2, являются менее избирательными в отношении лигандов и могут реагировать на разнообразные ПАМП (пеп- тидогликаны, липопротеиды бактерий, маннаны низших грибов и т. д.). В ряде случаев преимущественное связывание того или иного лиганда Толл-подобным рецептором 2 обусловлено кооперацией ТПР2 с другими изоформами ТПР. Это имеет место, например, при детекции пептидогликана грамположительных бактерий макрофагами, осуществляемое кооперативно ТПР2 и ТПР6 (Ozinsky et al., 2000). Возможно, что это достаточно распространенный механизм функционирования паттернраспознающих рецепторных

молекул. Установлено, что активация NFkB, опосредованная ТПР4, приводит к продукции дендритными клетками и моноцита- ми/макрофагами цитокинов ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-12, ФНОа и экспрессии ими на своей поверхности костимулирующих молекул CD40, В7.1 (CD80) и В7.2 (CD86), необходимых для межклеточных взаимодействий на уровне региональных лимфатических узлов, которые активируют функционирование Т-лимфоцитов. Таким образом, у позвоночных специализированное реагирование на тот или иной патогенассоциированный молекулярный паттерн рецепторами системы врожденного иммунитета является одним из необходимых условий для формирования протективного иммунного ответа приобретенного типа (Medzhitov, Janeway, 2000) (рис. 9).

Некоторые из рассмотренных каскадов активации генов иммунного ответа находятся под регулирующим воздействием со стороны ряда внутриклеточных факторов, известных как супрессоры цитокиновой сигнализации (suppressors of cytokine signaling — SOCS) (Heeg, Dalpke, 2003; llangumaran, Rottapel, 2003). Эти белки были открыты в качестве ингибиторов YAK-киназ (Endo et al., 1997), участвующих в каскадах сигнальной трансдукции, инициируемых рядом цитокинов (интерфероны, ИЛ-6, GM-CSF). Семейство SOCS-белков у млекопитающих состоит из 8 членов, характерной структурной особенностью которых является наличие в их составе 8Н2-домена (src-homology домен второго типа). Этот домен ответственен за избирательное связывание SOCS-белков с белками фосфорилированными по остаткам тирозина. Их связывание с YAK-киназами приводит к ингибированию активности последних и всех путей сигнальной трансдукции, в которых рассматриваемые киназы являются ведущими звеньями. Синтез этих белков в клетках иммунной системы индуцируется ИЛ-1 и ФНОа (Bode et al., 1999, 2001), что приводит к опосредованному SOCS-белками ингибированию путей сигнальной трансдукции ИФНу, GM-CSF, ИЛ-6. Некоторые лиганды Толл-подобных рецепторов (липополисахариды, неметилированные по цитозину CpG тандемы ДНК) также инициируют активацию SOCS-белков, независимую от синтеза белка de novo (Stoiber et al., 1999; Dalpke et al., 2001). Эти данные дают основание думать, что SOCS-белки являются ингибиторами не только сигнальных путей, в которые вовлечены YAK/STAT-белки, но и некоторых ТПР (ТПР4, ТПР9) (Kinjyo et al., 2002). В частности, они могут быть ответственны за толерантность к липополисахаридам (Nakagawa et al., 2002). Таким образом, семейство супрессоров цитокиновой сигнализации обеспечивает сдерживание гиперактивации некоторых путей сигнальной трансдукции цитокинов (ИЛ-1, ФНОа, ИФНу), а также ТПР4 и ТПР9, регулируя по принципу отрицательной обратной связи адекватное реагирование клеток иммунной системы на

Pin:. 9. В іаимодейсишс лрелой дендритной клетки с наивным Т-.німфошітом в лимфоидном уллє, определяющее инструктирую- щую роль дні ш єн; іроде пш.іяющеіі клетки и регуляшш иммунною 01 всіа приобретенного мша (по: Medzhiiov. Janeway. 2000).

патогенассоциированные молекулярные паттерны и эндогенные цитокины, задействованные в мобилизации иммунных механизмов защиты макроорганизма от инфекции.

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

Еще по теме Транскрипционный фактор NFkB и родственные ему белки:

  1. Белки
  2. БЕЛКИ (протеины)
  3. (G12) Спинальная мышечная атрофия и родственные синдромы
  4. (G12.8) Другие спинальные мышечные атрофии и родственные синдромы
  5. Как надо потреблять белки
  6. Ребенок запоминает только то, что ему интересно
  7. О сохранении здоровья глаза и о том, что ему вредит 
  8.   Лекарства, сохраняющие ровность голоса и придающие ему красоту
  9. Верно ли, что малыш лучше сосет, если ему дать как следует проголодаться?
  10. Верно ли, что малыш лучше сосет, если ему дать как следует проголодаться?