Гены 1l-1

В 1984 году впервые был клонирован ген IL-1 альфа мышей, и вслед за этим получены две различные с DNA, кодирующие полипептиды, соответствующие IL- 1 альфа и IL- 1 вета человека. При изучении структуры генов IL- 1 выяснено, что так же, как и у многих других семейств генов, число и распределение экзонов свидетельствуют о поразительной консервативности структурной организации. Оба гена предшественников IL-1 состоят из 7 экзонов, первые из которых содержат большую часть нетранслируемой 5' лидерной последовательности, тогда как 3' нетранслируемая последовательность находится в экзоне 7. У человека бол ьши нст-во генов семейства IЕ-1 находятся в составе 2-й хромосомы. На основании анализа структуры генов, показавшего сходство их организации в отношении числа и положения границ экзонов, высказано предположение, что ген IL- 1вета произошел из гена IL- 1 альфа путем дупликации DNA с помощью обратной транскриптазы около 350 миллионов лет назад. По-видимому, подобный механизм дупликации справедлив и в отношении происхождения исхождения гена IL- IRA IL -18, также имеющих высокую степень IL- 1 и сходную структурную организацию.

Продукция il- 1

IL- 1 является индуцибельным белком, синтез которого начинается и ответ на внедрение микроорганизмов либо повреждение тканей и необходим для развития местного воспаления и осуществления всего комплекса защитных реакций, именуемых острофазовым ответом. Индукция синтеза IL- 1 может быть вызвана целым рядом биологически активных веществ, главными из которых являются компоненты клеточных стенок бактерий: липолисаха-риды (LPS ) и пептидогликаны. Практически все структурные компоненты

Микроорганизмов индуцируют экспрессию гена и синтез IL- 1 посредством

Взаимодействия с группой Толл-подобных рецепторов (TCR) .Минимальной структурой бактериальных пептидогликанов, активирующей продукцию IL- 1, является мурамилдипептид, способный в ряде экспериментальных моделей вызывать сравнимую с LPS продукцию IL- 1. Среди различных видов пептидогликанов и аналогов мурамилдипептипа Функция индукции синтеза IL- 1 коррелирует с их адъювантными свойствами.

Основными клетками-продуцентами и главными источниками IL- 1 в организме являются моноциты и макрофаги, а также клетки, имеющие с макрофагами общее происхождение, например, купферовские клетки в печени, клетки Лангерганса в эпидермисе и клетки микроглии. Продуцировать IL- 1 могуг также фибробласты, Т- и В- лимфоциты, NK-клетки, кератиноциты, клетки эндотелия, нейтрофильные лейкоциты и другие клетки .При адекватной стимуляции in vitro зкспрессия ядерных клеток организма, однако не все они секретируют IL- 1 , равной мере, а в некоторых типах клеток по неизвестным причинам вообще не происходит трансляция mRNA либо отсyтствует механизм, обеспечивающий секрецию биологически активного IL- 1 .

В продукции IL- 1 принимают участие до 90% моноцитов периферической крови человека и до 40-60% тканевых макрофагов. Доля клеток, вовлеченных в процесс синтеза IL- 1 зависит от дозы индуктора. Она прямо пропорциональна концентрации LPS и коррелирует с уровнем секреторного IL- 1, определяемого в кондиционированной клетками культурaльной среде. После активации клеток-продуцентов и экспрессии генов IL- 1 происходят последовательные взаимосвязанные этапы появления mRNA, внутриклеточного белка с последующей секрецией биологически активного IL- 1 в окружающую среду .Однако некоторые индукторы синтеза IL- 1, например С5а-компонент комплемента, вызывают прохождение только этапа транскрипции с накоплением mRNА, которая далее быстро подвергается деградации без последующей трансляции. Диссоциация процессов транскрипции и трансляции описана и при стимyляции клеток некоторыми другими индукторами либо при прикреплении моноцитов к пластику. Эти процессы регулируются независимо и могут в ряде случаев быть не связаны между собой.

Несмотря на гомологию в аминокислотной последовательности, похожую структурную организацию и практически одинаковую биологическую активность IL- 1 альфа и IL- 1 вета, регуляция их синтеза и секреции кардинально различается, как будто это совершенно разные вещества со своими уникальными функциями. Промотор гена IL- 1 альфа не имеет ТАТА участка, тогда как этот участок, характерный для индуцибельиых белков, есть в промоторной области гена IL- 1 вета. Регуляторные участки промоторной зоны гена IL- 1 вета расположены в нескольких районах в пределах нескольких тысяч пар оснований от сайта инициации транскрипции. Там находятся энхансерные участки,отвечающие действие цАМФ, а также ядерных факторов транскрипции .Кинетика накопления mRNA для IL- 1 IL- 1 альфа и IL- 1 вета различается. Стимуляция моноцитов человека LPS приводит к быстрому появлению mRNA IL- 1 вета , уровень которой достигает максимума через 3- 4 часа, тогда как содержание mRNA для IL- 1 альфа достигает максимума к 10-12 часам после стимуляции . У человека IL- 1 вета является главной формой секреторного IL- 1 ,что объясняется соотношением уровней экспрессии генов IL- 1 в виде мембранной формы. У мышей,напротив, стимулированны макрофаги продуцируют главым образом IL- 1 альфа и гораздо меньшие количества IL- 1 вета, т. е. у мышек главной формой секретируемого клетками IL- 1 служит IL- 1 альфа .

Регуляция синтеза и секреции IL- 1 альфа.

Предшественник IL- 1 альфа может быть фосфорилирован по аминокислотному остатку 90, находящемуся в С-концевой части молекулы, отщепляющейся при образовании формы белка. Поэтому IL- 1 альфа может связыватьсв1 с цитозольными белками и достигать мембраны, проделывая такой же путь, как в случае рециклирования рецепторов. Этим обусловлено его заякоривание на мембране клеток и экспрессия в виде мембранной формы.Предположение о существовании мембранной формы IL- 1 было связано с экспериментальными данными о том, что фиксированные макрофаги, а также выделенные мембраны макрофагов стимулируют IL- 1 зависимую пролиферацию Т-лимфоцитов и эта активность нейтрализуется антителами к IL- 1 альфа.

Биологический смысл существования мембранной формы IL- 1 , по-видимому, заключается в создании наиболее эффективной системы передачи активирующих сигналов от макрофагов к Т-лимфоцитам, а возможно, и другим клеткам, способным взаимодействовать с макрофагами посредством межклеточного контакта. Практически весь IL-1альфа а остается внутри клетки или связанным с мембраной. Вероятно, биологически активный предшественник IL-1альфа может выполнять функцию регулятора экспрессии различных генов не выходя из цитоплазмы клеток, так как после синтеза он обнаруживается не только в цитоплазме и в составе клеточной мембраны, но и непосредственно в ядрах клеток, где может прямо взаимодействовать с DNA или с пока неустановленными ядерными регуляторными молекулами. IL-1 альфа частично может по являться во внеклеточном пространстве в виде зрелой формы, которая может образовываться путем воздействия внеклеточных протеолитических ферментов, способных расщеплять предшественник IL-1 альфа. Таким образом ,IL-1 альфа может выполнять, по крайней мере, 3 функции: внутриклеточный регулятор, растворимый биологически активный цитокин и мембранная форма – из которых последняя, видимо, является основным вариантом выполнения- IL-1 альфа своих биологических функций в организме человека.

Фермент IL- 1 конвертаза (каспаза-1)

IL- 1 вета и IL-18, в отличие от IL- 1 альфа, активно секретируются клетками человека в окружающию среду. В настоящее время открыт фермент IL- 1 конвертаза, превращающий как предшественник IL- 1 вета, так и предшественник IL-18 в зрелые биологически активные секреторные формы с ММ около 18 кДа. IL- 1-конвертаза или каспаза-1, является сериновой протеазой и представляет собой гетеродимер, состоящий из двух различных полипептицных цепей с ММ 10 и 20 кДа. Данный фермент обнаружен в макрофагах и макрофагоподобных клетках. Он специфичен в отношении IL- 1 вета и IL-18 и не действует на предшественник IL- 1 альфа. В случае IL- 1 вета расщепление полипептидной цепи молекулы предшественника происходит между аминокислотными остатками аспарагина (116) и аланина (117).

IL-1-конвертаза является не единственным ферментом, способным расщеплять предшественник IL- 1. Через мембранные каналы из клетки может выходить как зрелая форма, так и непроцессированный предшественник IL- 1 вета. Показано, что ряд протеолитических внеклеточных ферментов, таких как химотрипсин, эластаза, протеиназа-3 и некоторые другие, способны расщеплять IL- 1 вета в области тех же аминокислотных остатков после выхода предшественника из клетки. Кроме того, существует возможность расщепления в другой области с образованием биологически активной формы с ММ 22 кДа, но это встречается гораздо реже. Важно, что в отличие от предшественника IL- 1 альфа , имеющего одинаковую со зрелой формой биологическую активность, предшественник IL- 1 вета на несколько порядков уступает в активности зрелой форме. Поэтому постгрансляционный процессинг с образованием зрелой формы с ММ 18 кДа является обязательным условием для формирования биологически активного IL- 1 альфа IL- 1 альфа.

IL-1-конвертаза и родственные ферменты играют существенную роль в активации процесса апоптоза клеток, и это еще раз указывает на древнее происхождение системы IL- 1 и его связь с ключевыми процессами биологии клетки. На сегодняшний день нет однозначных данных о прямой связи продукции IL- 1 вета с индукцией апоптоза, так как у IL- 1 -конвертазы есть еще ряд субстратов. Скорее, экспериментальные данные свидетельствуют о стилмyляции под влиянием IL- 1 функциональной активности клеток и блокировании естественного процесса программированной клеточной гибели.

Регуляция синтеза и секреции IL- 1 вета и IL-18 секретируются клетками- продуцентами не по классическому пути белковой секреции. Для обоих цитокинов, а также и для недавно открытого члена семейства IL-1 — IL-33, образование биологически активных секреторных форм проходит сходным образом. Биологически неактивная молекула предшественника сначала накапливается в цитозоле ,а затем перемещается в специализированные лизосомы, где находится неактивная форма IL- 1 –конвертазы(каспазы-1) - прокаспаза- 1.Далее происходит активация прокаспазы-1 с образованием биологически активного фермента под влиянием нескольких цитоплазматический белков , формирующих так называемую инфламосому .Инфламасома не являетсявнутриклеточной органеллой, а представляет собой, скорее, функциональное образование из нескольких белков. Прежде всего, это внутриклеточные цитоплазматические белки, распознающие патоген-ассоциированные молекулярные паттерны и относящиеся к группе внутриклеточных паттерн распознающих рецепторов, цитоплазматических NOD-подобны к рецепторов( NOD-like гесерtоrs , NLR, известных также под названием CATERPILLER proteins). В их число входят цитоплазматические белки NОD1 , иначе называемый также CАRD4 по своему главному функциональному домену, и NOD2 (другое название САRD15), цитоплазматические белки из группы NALP и некоторые другие. В данном случае LRR представляет собой участок взаимодействия с патоген-ассоциированными молекулярными паттернами.

Внутриклеточные NLR,как мембранные Toll-like receptors(TLR) взаимодействуют смолекулярными структурами микроорганизмов, что при-водит к активации двух принципиально важных путей внутриклеточного сигналинга:

l) активация транскрипционного фактора NFкВ, его транслокация в ядро и запуск экспрессии генов цитокинов семейства IL-1 и других провоспалительны х цитокинов;