Иммунология / Иммунология+Литусов+Прощенко
.pdfСпектр паттерн-распознающих рецепторов врожденного иммунитета
Рецепторы
Мембранные (трансмембранные): Tollподобные рецепторы, 10 типов; С-лектиновые рецепторы (гликопротеиновые и маннозные); рецепторы – мусорщики (scavenger – рецепторы); интегриновые рецепторы
Внутриклеточные (цитозольные): NODрецепторы; RIG-рецепторы; DAI-рецепторы
Секретируемые (выделяемые, растворимые): пентраксины; коллектины; компоненты системы комплемента; фиколлины
Липопептиды |
|
|
|
|
Липотейхоевые кислоты |
|
|
|
Профилин |
Пептидогликан |
|
|
|
|
Зимозан |
ЛПС |
Флагеллин |
? |
УПКП |
LRR-домен |
|
|
|
|
|
|
TIR-домен |
|
|
|
|
|
|
TLR2:TLR2 |
TLR2:TLR6 |
TLR4 |
TLR5 |
TLR10 |
TLR11 |
|
TLR2:TLR1 |
Цитозоль |
|
|
(у мышей) |
||
|
|
|
|
|
||
|
Эндолизосомальный компартмент |
|
||||
Двухцепочечная |
Одноцепочечная |
ДНК, содержащая |
||||
неметилированные |
||||||
|
РНК |
РНК (богатая Г и У) |
||||
|
CpG-тандемы |
|||||
|
|
|
|
LRR-домен
TIR-домен
TLR3 |
TLR7 |
TLR8 |
TLR9 |
Мембранные
рецепторы
Внутриклеточные
рецепторы
151
Toll-подобные рецепторы
Toll-подобные рецепторы (TLR) относятся к семейству паттерн-распознающих рецепторов (PRR), которые узнают экзогенные (PAMP) и некоторые эндогенные (DAMP) повторяющиеся молекулярные углеводные и липидные узоры, которых нет на клетках организма хозяина, но которые присутствуют у простейших, грибов, бактерий, вирусов (липополисахариды, гликолипопротеиды, нуклеиновые кислоты, белки теплового шока и др.). Они представляют собой трансмембранные гликопротеины, состоящие из трех доменов: богатый лейцином внешний домен (LRR - домен); трансмембранный домен и цитоплазматический домен (гомологичный домену, подобному в рецепторе для ИЛ-1, Toll/IL-1 receptor или TIR домен). Toll-подобные рецепторы экспрессируются клетками иммунной системы, особенно клетками врожденного иммунитета (макрофагами, нейтрофилами, моноцитами, дендритными клетками и др.). Они представлены практически на всех ядерных клетках организма (клетках слизистых оболочек и кожи, через которые проникают в организм патогены, аллергены, комменсалы). Участвуют в запуске воспалительного ответа. Известно 13 типов TLR (у человека – 10).
После связывания с лигандами TLR привлекают один или несколько адапторов, которые передают сигнал с рецептора на каскад серин-треониновых киназ. В результате этого активируются факторы транскрипции, индуцирующие экспрессию генов мишеней (генов провоспалительных цитокинов, хемокинов, лейкотриенов и др.).
Богатые лейцином повторы (LRRs)
Внешний
(LRR)
домен
Модель внешнего домена
Мембрана клетки
Часть 1
Часть 2
TIR домен
Часть 3
152
Локализация Toll-подобных рецепторов
Внешний домен отвечает за связывание с РАМР. Цитоплазматический домен (TIR-домен) отвечает за взаимодействие с адаптерными молекулами сигнальных путей. Трансмембранный участок отвечает за выбор типа мембраны (клеточная или лизосомальная) и встраивание в нее. Toll-подобные рецепторы могут локализоваться на поверхности клетки и в цитоплазматических гранулах (эндосомах).
TLR, распознающие паттерны на поверхности бактерий, грибов, простейших, а также продукты жизнедеятельности микроорганизмов (TLR-1, TLR-2, TLR-4, TLR-5, TLR-6, TLR-11)
локализованы на внешней клеточной мембране.
Внутри клетки (в эндосомах/лизосомах) расположены TLR, распознающие нуклеиновые кислоты (TLR-3, TLR-7,
TLR-8, TLR-9), при этом их паттерн-распознающая часть направлена внутрь гранулы.
TLR-4 может присутствовать не только на наружной мембране, но и в эндолизосомах.
Лиганды |
Триацил- |
Диацил- |
Липополи- |
Флагеллин |
Уропатогенные |
|
липопептид |
липопептид |
сахарид |
||||
|
|
бактерии |
Рецепторы |
TLR1 |
TLR2 TLR4 |
CD14 |
TLR5 |
TLR11 |
TLR2 |
TLR6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Клеточная |
|
|
мембрана |
Цитоплазма |
|
|
TLR7 |
TLR8 |
|
TLR3 |
TLR9 |
|
|
|
|
ssRNA |
|
|
dsRNA |
CpG-DNA |
|
|
|
|
Эндосома |
153
Активация Toll-подобных рецепторов
В неактивном состоянии Toll-подобные рецепторы находятся в мембране в мономерном состоянии. При активации они димеризуются, что приводит к последующей передаче сигнала внутрь клетки. Активация Toll-подобных рецепторов происходит при связывании с лигандами, которыми являются определённые структуры бактерий, вирусов и грибков. После связывания с лигандом и активации рецептора он связывается в цитоплазме с TIR домен-содержащими адаптерными белками, набор которых варьирует в зависимости от типа рецептора и сигнального пути. Например, TLR3 связывается с TICAM-1 (TRIF). TLR4 может взаимодействовать либо с MyD88 и TIRAP, индуцируя синтез провоспалительных цитокинов, либо с TICAM-1 и TICAM-2, что приводит к синтезу интерферонов. Адаптерные белки связываются со специфическими ферментами – киназами (IRAK1, IRAK4, TBK1 или IKKi),
которые усиливают сигнал и приводят к индукции конкретных
генов, определяющих воспалительный ответ клетки.
154
Патоген-распознающие рецепторы эндоцитоза
Рецепторы эндоцитоза относятся к мембранным рецепторам, они экспрессируются на поверхности фагоцитов и способствуют захвату патогена и его доставке к лизосомам. После деградации и процессирования микробные антигены могут быть представлены Т-клеткам при посредничестве молекул MHCII.
Маннозный рецептор узнает маннозный мотив на поверхности микробных клеток, а рецепторы-мусорщики связываются с клеточной стенкой бактерий.
Маннозный
рецептор
МНСII
Рецептор- |
Фаголизосома |
Презентация |
мусорщик |
|
|
155
NOD-подобные рецепторы
NOD-подобные рецепторы (Nod-like-receptor, NLR) представляют собой гетерогенное семейство эндогенных cигнальных паттерн-распознающих рецепторов. Они экспрессируются в цитоплазме клеток и распознают РАМР внутриклеточных патогенов.
Это семейство включает 23 типа рецепторов, характерной структурой которых является NOD-
домен ( Nucleotide binding oligomerization domain). Все NOD-рецепторы объединены в 3
подсемейства:
-подсемейство NOD (NLRC) – рецепторы, содержащие CARD-домен (домен, рекрутирующий каспазу): NOD1, NOD2;
-подсемейство NALP (NLRP) – рецепторы, содержащие пириновый домен (PYR): NALP1, NALP2, NALP3 и др. (всего 18 видов);
-подсемейство NAIP – рецепторы с BIR-доменом: собственно NALP.
В состав NOD1 и NOD2 входят:
-распознающий участок с повторами, богатыми лейцином;
-пирин;
-каспаза ассоциированные домены (CARD)
-домены нуклеотидной олигомеризации (NOD).
Внутриклеточные патогены связываются с димером NOD1, который активирует домен RISK, что приводит к транскрипции NF-kB-зависимых генов цитокинов.
Цитоплазма
Прокаспаза-1
Ядро
156
Инфламмасома и пироптоз
При связывании внутриклеточных бактериальных, вирусных или принадлежащих самой клетке сигналов опасности с NLR (NOD-подобными рецепторами) начинается сборка мультибелкового комплекса (инфламмасомы) с адапторными белками (ASC) и воспалительными каспазами. Сборка инфламмасомы приводит к активации каспазы 1, которая необходима для образования и выделения провоспалительных цитокинов ИЛ-1 и ИЛ-18, и специфической гибели клетки – пироптозу.
Пироптоз – вид программируемой некротической гибели клетки, при котором в результате активации каспазы 1 происходит нарушение целостности ЦПМ и быстрое высвобождение наружу содержимого клетки. Характерной чертой пироптоза является зависимое от каспазы 1 выделение клеткой ИЛ-1β и ИЛ-18, что приводит к воспалению.
Амилоид-β |
|
Патоген- |
Бактерии |
|
Стерильные |
Вирусы |
|||
обусловленные |
||||
Глюкоза |
||||
активаторы |
Грибы |
|||
|
||||
Холестерол |
активаторы Простейшие |
|||
|
||||
Асбест |
|
|
|
|
УФ-лучи |
|
|
|
|
и др. |
|
|
|
|
|
|
|
NLR |
|
|
|
|
ASC |
|
|
|
|
Каспаза 1 |
|
Ингибиторы хозяина |
Ингибиторы патогена |
|||
|
ИЛ-1β |
|
|
|
|
ИЛ-18 |
|
|
|
Хроническое |
Пироптоз |
Разрешение инфекции |
||
воспаление |
|
и/или воспаление |
||
|
Гомеостаз |
|
157 |
|
|
|
|
Инфламмасома
Инфламмасома – мультимерные цитоплазматические белковые комплексы, распознающие РАМР и DAMP и индуцирующие переход прокаспазы-1 в активное состояние для процессинга предшественников провоспалительных цитокинов ИЛ-1, ИЛ-18, ИЛ-33. При распознавании РАМР и DAMP происходит олигомеризация инфламмасомного комплекса и активация каспазы-1 (фермент, расщепляющий предшественники воспалительных цитокинов ИЛ-1β и
ИЛ-18).
Некоторые NOD-подобные рецепторы распознают не только сигналы проникновения в клетку инфекции, но и так называемые немикробные “сигналы опасности”.
Лиганд
Инфламмасома
158
Типы инфламмасом
В настоящее время различают 4 типа инфламмасом: |
|
|
|
|
|
|
Катепсиды |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NLRP1-инфламмасома. Ее N-терминальный PYD- |
Каспаза 5 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
АКМ |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
домен взаимодействует с адаптерной молекулой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ASC, а домен CARD – с каспазой 5. С другой стороны, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
адаптерная молекула ASC связана с каспазой 1. |
|
NLRP1 |
МДП, |
|
NLRP3 |
NLRP4 |
Флагеллин |
|
||
|
летальный |
|
||||||||
Лигандами NLRP1-инфламмасомы являются |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
токсин |
|
|
|
|
|
|
|
мурамилдипептид (МДП) и летальный фактор Bacillus |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
anthracis. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NLRP3-инфламмасомы своей N-терминальной |
|
|
|
|
|
|
|
|
ASC |
|
областью PYD взаимодействует с адаптерной |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ASC |
|
|
ASC |
|
CARD |
|
CARD |
||
молекулой ASC, которая в свою очередь связана с |
|
|
|
Каспаза 1 |
Каспаза 1 |
|||||
|
|
|
CARD |
|
|
|
|
|||
Каспаза 1 |
Каспаза 1 |
CARD |
|
|
|
|||||
каспазой 1. Этот тип инфламмасомы отмечается при |
|
|
ASC |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
некоторых аутовоспалительных нарушениях, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
например, подагре. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NLRP4/IPAF-инфламмасома своим N-терминальным CARD-доменом непосредственно связана с каспазой 1. Лигандом этой |
|
инфламмасомы является флагеллин. |
|
AIM2-инфламмасома своим протеином AIM2 непосредственно связывает доменом HIN200 дцДНК, а PYD-доменом – |
|
адаптерную молекулу ASC. AIM2-инфламмасомы называются также ДНК-инфламмасомами, так как они способны |
|
распознавать инородную ДНК. Олигомеризация комплекса происходит в присутствии бактериальной либо вирусной ДНК, |
|
а также собственной поврежденной ДНК. В результате это приводит к аутоиммунной реакции. |
159 |
|
Различные стимулы – различные инфламмасомы
Формирование того или иного типа инфламмасомы зависит от природы чужеродного агента.
Инфламмасома NLRP1 образуется при стимуле сибиреязвенного токсина или мурамилдипептида. Инфламмасома NLRP3 образуется при действии DAMP (амилоид-β, асбест и др.) и РАМР (ЛПС, пептидогликан и др.).
Инфламмасома IPAF формируется на стимул флагеллина.
Инфламмасома AIM2 образуется в ответ на двухцепочечную ДНК.
|
DAMPs |
PAMPs |
|
|
(асбест, |
(ЛПС, РНК, ДНК, |
|
Токсин B. anthracis |
амилоид-β) |
пептидогликан) |
Флагеллин |
МДП |
|
|
дцДНК |
инфламмасома |
инфламмасома |
инфламмасома |
инфламмасома |
Цитозольная дцДНК
160