УДК 577.112
IgA-СПЕЦИФИЧНЫЕ БЕЛКИ ПАТОГЕННЫХ БАКТЕРИЙ
Обзор
© 2009 г. Т.Н. Казеева1, А.Б. Шевелев12*
1 Институт биохимии им. А.Н. Баха РАН, 119071 Москва, Ленинский просп., 33, стр. 2; факс: (495)954-2732, электронная почта: shevelev@inbi.ras.ru
2 Институт полиомиелита и вирусных энцефалитов им. М.П. Чумакова РАМН, 142782 Московская обл., Ленинский р-н, п/о «Институт полиомиелита»; факс: (495)439-9321
Поступила в редакцию 04.03.08 После доработки 31.03.08
Приведена сводка данных о структуре и специфичности бактериальных рецепторов IgA: IgA-связывающих М-подобных белков Arp4 и Sir22 гемолитических стрептококков серогруппы А, Р-антигена гемолитических стрептококков серогруппы В и белков семейства SSL золотистого стафилококка. На основании результатов проведенного сопоставления сделан вывод, что все бактериальные рецепторы связывают один тот же сайт в молекуле IgA, перекрывающийся с эндогенным рецептором IgA человека — CD89. Предполагается, что этот сайт, состоящий из пространственно сближенных участков Leu257—Gly259 в домене Са2 и Pro440—Phe443 в домене Са3, подвергается конформационной перестройке, индуцированной связыванием антигена в активном центре IgA.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: IgA, IgA-связывающие белки, CD89.
Традиционно функцию иммуноглобулинов А (1яА) — основного типа секретируемых антител — сводят к связыванию антигенов, расположенных на внешней стороне базальной мембраны эпителия [1, 2]. По этой причине эффектор-ные механизмы целенаправленного уничтожения мишеней, опсонизированных ]^А, остаются недостаточно исследованными. Неизвестен и характер конформационных перестроек ]^А, вызываемых связыванием антигена в их активном центре. Между тем наличие у многих патогенных бактерий специализированных ]^А-свя-зывающих белков заставляет предполагать и наличие таких перестроек в ]^А, и существование реагирующих на них механизмов иммунной защиты организма человека и животных. Особенно важно, что блокирование ]£А-связывающи-ми белками, как правило, не отражается на ан-тигенсвязывающей способности антител. Мно-
Принятые сокращения: IgA — иммуноглобулин А; а.о. — аминокислотный остаток; СНа (Са) — константный домен тяжелой (а) цепи IgA; Fab — вариабельный антиге-нсвязывающий супердомен Ig; Fc — константный супердомен Ig; FcаR — рецептор, специфичный для Fc-супердоме-на IgA; S-IgA — секреторная форма IgA; NIP — 5-йод-4-гидрокси-3-нитрофенилацетил (гаптен). * Адресат для корреспонденции и запросов оттисков.
гочисленные случаи горизонтального переноса генов IgA1-специфичных протеаз между давно дивергировавшими группами микроорганизмов, в частности родами Haemophilus и Neisseria, Streptococcus и Gemella, Prevotella и Capnocytphaga, подтверждают адаптивную важность IgA-специ-фичных функций микроорганизмов в обеспечении их патогенности и выживания в организме макрохозяина [3, 4]. Признак продукции IgA1-протеаз оказывается жестко приуроченным к повышенной вирулентности штаммов, при этом непатогенные представители тех же родов могут не иметь генов IgAl-протеаз. Эти данные подчеркивают адаптивную значимость способности штаммов распознавать IgA, причем единственным универсальным следствием такого распознавания для всех известных моделей остается передача сигнала о связывании антитела с антигеном [5]. Мы стремились обобщить и сопоставить данные об особенностях распознавания лигандов IgA-специфическими белками из таких патогенов, как гемолитические стрептококки и золотистый стафилококк. Цель анализа структурных особенностей взаимодействия этих белков с IgA — выявление зависимости процесса связывания от наличия антигена в активном центре антитела, а также оценка физиологического значения IgA-специфичных белков с точки
зрения взаимоотношений патогена с иммунными механизмами макрохозяина.
Путем отбора фактологического материала мы стремились сравнивать особенности IgA-специфичных рецепторов, максимально различающихся по структуре и происхождению, охватывая все известные на сегодня классы бактериальных рецепторов IgA. Именно поэтому особое внимание уделено IgA-связывающим М-подоб-ным белкам гемолитических стрептококков се-рогруппы А, в-антигену гемолитических стрептококков серогруппы В и белкам семейства SSL золотистого стафилококка. При этом не обсуждались вопросы генетического полиморфизма в пределах каждого класса белков. Из анализа исключены также данные об IgA-специфичных протеазах грамположительных и грамотрица-тельных патогенов.
Включенные в обзор данные касаются рецепторов патогенных микроорганизмов, связывающих преимущественно IgA человека. К сожалению, нам не удалось подтвердить опубликованные данные целенаправленных поисков рецепторов IgA животных. Тестирование связывания IgA из организмов помимо человека проводилось только в рамках уточнения побочной специфичности связывания лигандов специфичными рецепторами IgA человека.
IgA-СВЯЗЫВАЮЩИЕ М-ПОДОБНЫЕ
БЕЛКИ СТРЕПТОКОККОВ ГРУППЫ А
Стрептококки группы А (GAS) являются этиологическим агентом ряда заболеваний человека с достаточно разнородной нозологией (ангина, импетиго, целлюлит, скарлатина, бактериемия, синдром токсического шока, некротический фасцит и др.). Вторичная инфекция Streptococcus pyogenes — основная причина таких тяжелых заболеваний с аутоиммунным механизмом патогенеза, как ревматоидный артрит, ревматические поражения сердца, острый гломеру-лонефрит [6].
IgA-Связывающие белки были обнаружены у GAS в ходе серологических исследований им-мунодоминантных белковых антигенов, наиболее значимые из которых М-белки [7]. Рецепторы IgA связаны с этой функционально важной группой белков GAS и в структурном отношении, поэтому охарактеризуем М-белки более подробно.
Ассоциированные с клеточной стенкой М-белки являются одновременно и важнейшим фактором патогенности, и иммунодоминант-ным гипервариабельным антигеном, определяющим протективность гуморального ответа
против конкретного штамма GAS [8—10]. Физиологические функции М-белков достаточно многообразны и до конца не ясны. Однако не вызывает сомнений, что эти белки вносят решающий вклад в защиту бактерий от неспецифического клеточного ответа и фагоцитоза при первичной инфекции [11—13]. Напротив, в присутствии предсуществующих специфических антител против серологически совместимого М-белка возбудитель эффективно уничтожается как макрофагами, так и нефагоцитирующими клетками иммунной системы [14].
В структурном отношении М-белки представляют собой мультидоменные образования, экстраклеточные ^-концевые домены которых вариабельны по длине, последовательности и физиологической функции, а интегрированные в плазматическую мембрану С-концевые домены консервативны. Иммобилизованные на поверхности бактерии М-белки димеризуются за счет нековалентного взаимодействия двух а-спи-ральных сегментов, заякоренных в мембране.
Гипервариабельность М-белков существенно осложняет их классификацию. В работе [13] предложено разбить последовательность на сегменты A—D, каждый из которых может содержать один или несколько тандемно расположенных типовых структурных мотивов. Тип мотива, встречающегося в определенном сегменте, обозначается арабской цифрой. Наибольшей степенью полиморфизма характеризуется сегмент А, расположенный в последовательности М-белка сразу за лидерным пептидом. Следующий за ним сегмент В несколько менее вариабелен (схема 1).
Антигенные различия гипервариабельных сегментов М-белков используются для серологической классификации GAS, предложенной Лансфильдом [15]. В работе [16] было установлено, что антифагоцитарная активность М-бел-ков обусловлена связыванием из плазмы крови отдельных белков системы комплемента. Действительно, для гипервариабельных сегментов М-белка, а также консервативного сегмента С характерна способность связывать фактор Н комплемента и родственные ему белки крови [17—20]. Сегмент С некоторых изотипов М-бел-ка способен связывать сывороточный альбумин [21]. Сегменты А и В некоторых типов связывают компонент C4BP — ключевой регулятор классического пути активации комплемента, известный способностью подавлять фагоцитоз [22—25]. Другие М-белки с помощью сегмента В связывают фибриноген, что также снижает эффективность фагоцитоза [26, 27].
Те белки GAS, которые значительно отличаются от истинных М-белков по числу сегмен-
Фактор Н
Сывороточный альбумин человека
N —
A1-A2-A3-A4-A5 - B1-B2-B3-B4-B5 - C1—C2—C3 -
D1-D2-D3-D4
Pro/Gly -
Гидрофобный домен
- C
Гипервариабельная область
Вариабельная область
Консервативная область
Фактор Н
Фибриноген
Фактор Н-подобный белок 1
С4b-Связывающий белок
Плазминоген
Схема 1. Структурные и функциональные характеристики М-белков и М-подобных белков. Молекула заякорена в клеточной стенке GAS через С-конец (Pro-Gly-богатый и гидрофобный домены). М-Белки содержат сегменты A, B, C и D, состоящие из тандемно повторенных мотивов нескольких типов. Они, как правило, предназначены для связывания различных белков плазмы крови. У некоторых изотипов М-белков сегменты A и D могут отсутствовать
тов, но содержат повторяющиеся мотивы из тех же типов, называются М-подобными. Для них характерно связывание более широкого спектра белков крови по сравнению с таковым у М-бел-ков. Например, М-подобный белок PAM реагирует с плазминогеном [28], а белки Arp, H, Mrp, Sir, Enn — с IgG и IgA [29, 30]. Как и истинные М-белки, М-подобные белки формируют ди-мерную структуру типа «coiled-coil», стабилизирующуюся прежде всего за счет взаимодействия трансмембранных доменов, содержащих семи-членные тандемные повторы аминокислот. Доказано, что димерная структура необходима для приобретения белком рецепторной способности [31]. Как М-белки, так и М-подобные белки полностью лишены дисульфидных связей. Таким образом, их пространственная структура совпадает по всем наиболее значимым признакам. Однако в функциональном отношении между ними существует важное отличие: М-по-добные белки не способны ингибировать фагоцитоз [32].
До настоящего времени группа M-подобных белков Str. pyogenes остается единственным известным структурным типом рецепторов IgA у
GAS, причем до 50% всех известных штаммов Str.
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.