БИОХИМИЯ, 2014, том 79, вып. 5, с. 509 - 519
УДК 577.217
ДИНОРФИНЫ В РЕГУЛЯЦИИ ФУНКЦИЙ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ
Обзор
© 2014 С.В. Гейн12
1 Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН, 614081 Пермь, ул. Голева, 13; электронная почта: gein@iegm.ru 2 Пермский государственный университет, 614990 Пермь, ул. Букирева, 15
Поступила в редакцию 28.10.13 После доработки 09.01.14
Динорфины — семейство опиоидных пептидов, проявляющее наибольшее сродство к опиатным рецепторам к-типа. Известно, что клетки иммунной системы экспрессируют к-рецептор, аналогичный таковому в центральной нервной системе, вследствие чего динорфины принимают участие в реализации взаимодействия между клетками нервной и иммунной систем. В обзоре проанализированы и обобщены данные о структуре динорфинов, дана характеристика к-опиатного рецептора, суммированы данные о регуляции ди-норфинами функций клеток врожденного и адаптивного иммунитета.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: динорфин, к-опиатный рецептор, иммунорегуляторные эффекты, моноциты/макрофаги, лимфоциты, НК-клетки, дендритные клетки, сАМР, стресс.
Опиоидные рецепторы и их лиганды широко распространены в ЦНС и на периферии. Динорфины — семейство опиоидных пептидов, проявляющее наибольшее сродство к опиатным рецепторам к-типа. Как и представители других классов опиоидных пептидов, динорфины образуются путем «разрезания» крупной молекулы-предшественника — продинорфина. В ЦНС ди-норфины локализованы преимущественно в гиппокампе, миндалине, гипоталамусе, стриа-туме и спинном мозге. Они контролируют процессы обучения, память, эмоции, реакцию на стресс и боль [1]. Помимо этого, динорфины, как и другие опиоидные пептиды, синтезируются локально в различных органах и тканях, в том
числе клетками иммунной системы [2]. Имму-номодулирующая роль динорфинов определяется экспрессией к-рецепторов на клетках иммунной системы, аналогичных таковым в ЦНС [3]. Динорфины модулируют пролиферацию, продукцию антител, поглотительную и секреторную активность клеток естественного иммунитета, проявляя как про-, так и противовоспалительную активность [4]. Противоречивость и разнонаправленность эффектов, реализуемых через к-рецепторы (как, впрочем, и через другие типы опиатных рецепторов), обусловлены, главным образом, сложностью опиоидной системы и рецепторного аппарата, различной выраженностью экспрессии и распределения опиатных
Принятые сокращения: ЦНС — центральная нервная система; АКТГ — адренокортикотропный гормон; КРФ — кортикотропин-рилизинг-фактор; IL — интерлейкин; Ig — иммуноглобулин; ФГА — фитогемагглютинин; IFN-y — интерферон у; ФНО-а — фактор некроза опухоли a; NMDA (N-метил-Б-аспартат) — неопиоидный рецептор для динорфина А; ЛПС — липополисахарид; ВИЧ — вирус иммунодефицита человека; nor-BNI — биналторфимина гидрохлорид; ELC-вне-клеточная петля GPCR; PLC — фосфолипаза С; PKC — протеинкиназа С; ER — эндоплазматический ретикулум; Н/OFQ — ноцицептин/орфанин FQ; GPCR — G-протеин-связанные рецепторы; PC — проконвертаза; сАМР — циклический адено-зинмонофосфат; РКА — протеинкиназа А; MAPK — митогенактивируемые протеинкиназы; ERK — киназы, регулируемые внеклеточными сигналами; PIP2 — фосфатидилинозитол бифосфат; IP2 — инозитолтрифосфат; DAG — диацилглицерол; JUNK — c-Jun ^-терминальные протеинкиназы; ASK1 — апоптозрегулирующая киназа; ТАК1 — TGF-P-регулируемая ки-наза; CREB (сАМР-response element-binding) — транскрипционный фактор; CBP — CREB-связывающий протеин; АР1 — протеин-активатор-1; SP1 — специфический протеин 1; NF-kB — ядерный фактор кВ; NGFI — индуцируемый фактор роста нервов; Src — нерецепторная тирозинкиназа; DRE — супрессорный регуляторный элемент; NK — естественные киллеры.
рецепторов, различной динамикой секреции опиоидных пептидов в тканях. Все вышеперечисленные моменты вносят существенные трудности в интерпретацию биологических эффектов эндогенных лигандов опиатных рецепторов.
ДИНОРФИНЫ
У человека ген продинорфина локализуется в 20-й хромосоме и состоит из четырех экзонов (1—4) и трех интронов (А, В, С) [5] (рис. 1). В то время как экзоны 1 и 2 кодируют 5'-нетрансли-руемую область, экзоны 3 и 4 кодируют всю последовательность молекулы продинорфина. Промотор гена продинорфина имеет участки связывания для транскрипционных факторов AP-1 (активируется Jun/Fos), SP-1 (NGFI-A), NF-kB и СВР [1]. Снижают экспрессию гена продинорфина такие факторы, как DRE [6, 7]. Выделяют два транскрипта, образующихся в результате альтернативного сплайсинга гена, которые со-
держат всю последовательность продинорфина — и FL-2, отличающихся по наличию у FL-2 5'-некодируемого региона в области экзона 2 [1].
Продинорфин имеет в своем составе молекулу нео-эндорфина и «большой» динорфин (1—32), соединенные между собой пептидным мостиком. После обработки прогормонконвер-тазой РС 1 образуются нео-эндорфин и «большой» динорфин (1—32), которые, в свою очередь, «разрезаются» прогормонконвертазой РС 2 на а-неоэндорфин, р-неоэндорфин и динорфин А (1—17); динорфин В (1—13) + 2 аминокислотных остатка соответственно. Динорфин В с остаточным С-концевым участком продинорфина может образовывать динорфин В (1—29) или лейморфин [1]. В структуре молекул а- и Р-нео-эндорфинов, динорфинов А и В, леймор-фина содержится последовательность лей-энке-фалина на ^-концевом участке. Динорфин, как показали исследования, в относительно больших количествах содержится в задней и промежуточной долях гипофиза, затем следует перед-
РС 2
X
Экзон 4
I
мДНК
мРНК мРНК
175-184
239-254V
Сигнальный пептид N-концевой пептид Нео Мостик Большой динорфин С-пептид
1-20 21-174 185-206 207-238 Препродинорфин
РС 1
N-концевой пептид Нео Мостик Большой динорфин С-пептид
а-Нео-эндорфин
а-Нео-эндорфин
в-Нео-эндорфин
Большой динорфин (1-32)
Большой динорфин (1-32)
Динорфин А (1-17)
Динорфин А (1-13)
Динорфин А (1-8)
Продинорфин
226-254
Динорфин B (1-29) (Лейморфин)
Динорфин B (1-13)
С-пептид
Мостик
Рис. 1. Процесс образования пептидов при расщеплении молекулы продинорфина
няя доля гипофиза, гипоталамус и различные отделы ЦНС [8]. Характерно, что содержание динорфина и лей-энкефалина в задней доле гипофиза примерно одинаковое, что позволило предположить образование там лей-энкефалина из динорфина. Высокая концентрация динорфина содержится в ганглиях задних корешков спинного мозга, где он образуется локально [9, 10]. Аминокислотные последовательности пептидов, образующихся в результате расщепления молекулы продинорфина, представлены в таблице.
Способность пептидов продинорфина активировать к-рецептор находится в следующей последовательности: Dyn А (1—17) ^ «большой» динорфин, динорфин В, динорфин B (1—29), а-нео-эндорфин ^ Dyn A (1—8), ß-нео-эндор-фин [11]. Динорфин A (1—17) и динорфин B вызывают также более выраженную интернализацию и отрицательную регуляцию экспрессии к-рецеп-тора по сравнению с а-нео-эндорфином [12]. Кроме того, динорфин A (1—17) и динорфин B более устойчивы к протеазам, чем а-нео-эндор-фин [13]. Помимо к-рецептора (pK = 10,8) пептиды семейства динорфина способны связываться с и S-рецепторами, но с меньшей аффинностью (pKj = 8,1 и 7,4 соответственно). Возможно взаимодействие динорфинов с нео-пиоидным рецептором NMDA (М-метил^-ас-партат) в спинном мозге. Тем не менее, в настоящее время нет доказательств функциональной значимости этого механизма, а также не идентифицированы внутриклеточные пути реализации сигнала [1]. Также предполагается проникновение пептидов группы динорфина в цитоплазму через плазматическую мембрану. Наибольшей способностью к транслокации обладают «большой» динорфин и динорфин А. Динорфин В и
«большой» динорфин (6-26) не могут проникать через клеточную мембрану. Транслоциро-ванные динорфины локализуются в цитоплазме, где ассоциируются с эндоплазматическим ретикулумом. Механизм проникновения динор-фина через клеточную мембрану в настоящее время до конца не описан. Возможны три механизма проникновения пептида в клетки: 1) эн-доцитоз или диффузия через мембрану; 2) при взаимодействии с липидной фазой пептиды могут перемещаться через мембрану, образуя мицеллы; 3) в липидном бислое мембраны при олигомеризации нескольких пептидных молекул образуются поры. Транслокационный потенциал динорфина А был сопоставим с таковым у других пептидов, пенетрирующих клетки (transportan-10). Oба пептида продемонстрировали быструю кинетику пенетрации, в течение i мин после инициации процесса в цитоплазме детектировались значительные количества пептидов. В цитоплазме динорфин был колокали-зован с кавеолином-1, маркером кавеолярного эндоцитоза, что дает возможность предположить, что кавеолярный, но не клатрин-опосре-дованный эндоцитоз, является основным энергозависимым механизмом проникновения ди-норфинов сквозь мембрану. С другой стороны, большой динорфин пенетрировал клетки через независимые от энергии механизмы, что очевидно из экспериментов, проведенных в условиях, когда эндоцитоз ингибировался, либо через инкубацию при 4°, либо в присутствии 0,45 M сахарозы. Таким образом, как энергозависимые (через кавеолярный эндоцитоз), так и энергонезависимые пути могут опосредовать транслокацию динорфина через плазматическую мембрану [14].
Аминокислотные последовательности пептидов, образующихся в процессе расщепления продинорфина
Пептид Аминокислотная последовательность
Большой динорфин Cn^H АВ 1-32) Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-Arg-Arg-Ile-Arg-Pro-Lys-Leu-Lys-Trp-Asp-Asn-Gln-Lys-Arg-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-Arg-Arg-Gln-Phe-Lys-Val-Val-Thr
ДИH А 1-17 Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-Arg-Arg-Ile-Arg-Pro-Lys-Leu-Lys-Trp-Asp-Asn-Gln
ДИH А 1-13 Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-Arg-Arg-Ile-Arg-Pro-Lys-Leu-Lys
ДИH А 1-8 Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-Arg-Arg-Ile
ДИH В 1-29 (лейморфин) Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-Arg-Arg-Gln-Phe-Lys-Val-Val-Thr-Arg-Ser-Gln-Glu-Asp-Pro-Asn-Ala-Tyr-Ser-Gly-Glu-Leu-Phe-Asp-Ala
ДИH В 1-13 (риморфин) Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-Arg-Arg-Gln-Phe-Lys-Val-Val-Thr
a-нео-эндорфин Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-Arg-Lys-Tyr-Pro-Lys
В цитоплазме пептид связывается с эндоплаз-матическим ретикулумом, помимо этого внутриклеточной мишенью динорфина может являться МИБА-рецептор (МЯ-1 суб
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.