РОССИЙСКИЙ ИММУНОЛОГИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2009, ТОМ 3(12), № 3-4, с. 209-226
ОБЗОР
КОНТРОЛЬ АКТИВАЦИИ И СПЕЦИФИЧНОСТИ NFkB: ФЕНОТИПИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЫШЕЙ С НОКАУТАМИ ПО КОМПОНЕНТАМ ЭТОЙ СИСТЕМЫ
© 2009 г. Л. В. Британова, Д. В. Купраш
Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук, Москва, Россия
Поступила: 14.07.2009. Принята: 04.08.2009
Индуцируемые транскрипционные факторы ответственны за изменение профиля экспрессии генов, приводящее к оптимальному по силе и продолжительности клеточному ответу. Одним из ключевых факторов такого рода является NFkB, участвующий в регуляции множества физиологических реакций. Сложная роль факторов NFkB в иммунитете часто описывается в рамках двух сигнальных путей, т.н. классического и альтернативного, в которые вовлечены димеры NFkB различного субъединичного состава и которые активируют различные наборы генов. Классический (или канонический) сигнальный путь активируется разнообразными рецепторами врожденного и адаптивного иммунитета, включая Toll-подобные рецепторы, антигенные рецепторы лимфоцитов, рецепторы провоспали-тельных цитокинов и ведет к транскрипционной активации и продукции цитокинов, хемо-кинов, адгезионных молекул и ряда ферментов, участвующих в воспалительных реакциях. Ключевым внутриклеточным событием классического NFkB пути является активация протеин-киназного комплекса ЖКа/ЖКр/ЖКу, за которой следует фосфорилирование, убиквитинирование и деградация ингибиторов 1кВ и транспорт активного NFkB в ядро. Альтернативный NFkB путь в первую очередь активируется рецепторами, принадлежащими суперсемейству TNFR. Лиганды к LTpR, CD40, BAFFR и RANK способны активировать оба сигнальных каскада, однако именно альтернативный NFkB путь в первую очередь отвечает за развитие и поддержание структуры лимфоидных органов и за ответ приобретенного иммунитета. Альтернативный NFkB путь не является 1ККР- и 1ККу-зависимым и действует через киназы NIK и IKKa, при этом роль ингибитора IkB играет один из NFkB белков (предшественник NFkB2 p100). В данном обзоре рассматриваются некоторые аспекты структуры, регуляции активности и функциональной роли различных членов семейства NFkB. Обсуждаются условия, определяющие специфичность действия транскрипционных факторов семейства NFkB в рамках канонического и альтернативного сигнальных каскадов, с акцентом на данные, полученные с использованием нокаутных мышей.
Ключевые слова: транскрипционный фактор, передача сигнала, активация транскрипции, иммунитет, генетический нокаут
Сокращения: BLC — B-lymphocyte Chemoat-tractant; CARMA1 — caspase-recritment-domain-containing membraneassociated
guanylate; ELC — Epstein-Barr virus induced molecule 1 Ligand Chemokine; FLIP — Fas-associated death domainlike IL-1 beta-converting enzyme inhibitory protein;
Адрес: 119991 Москва, ул. Вавилова, 32. E-mail: kuprash@eimb.ru
HPK1— hematopoietic progenitor kinase 1; HTLV-1, Human T-cell Leukaemia Virus 1; KSHV — Kaposi's Sarcoma associated Herpes Virus; LMP-1—Latent infection Membrane Protein 1; LPS — Lipopolisacharide; MALT1 — mucosaassociated lymphoid tissue lymphoma translocation protein 1; PDK1 — 3-phosphoinositide-dependent kinase 1; SLC — Secondary Lymphoid tissue Chemokine; SODD — Silencer Of Death Domain; TECs —
Thymic Epithelial Cells; uPA — urokinase plasminogen activator; TRADD —TNFR Associated Death Domain protein.
1. Структурные особенности NFkB и IkB белков
У млекопитающих семейство транскрипционных факторов Rel/NFKB (далее для краткости NFkB) представлено пятью генами: RelA (р65), RelB, с-Rel, NFkBI (кодирует р50 и его предшественник р105) и NFkB2 (кодирует р52 и его предшественник p100) [1 — 2]. Сходство всех NFkB белков определяется N-концевым доменом RHD (Rel Homology Domain), состоящим из приблизительно 300 аминокислотных остатков (рис. 1). Этот домен содержит сигнал ядерной локализации NLS (Nuclear Localization Sequence) и отвечает за димеризацию, специфическое узнавание ДНК и взаимодействие с ингибиторами группы IkB. В свою очередь, родство белков семейства IkB определяется доменом, содержащим 5 — 7 анкири-новых повторов (широко распространенная, особенно у эукариот, структура, состоящая из пар альфа-спиралей, соединенных петлями; анкириновые повторы присутствуют также в С-концевой области предшественников р105 и р100). Белки IkB связываются с RHD, стерически маскируя NLS, и таким образом блокируют транспорт NFkB из цитоплазмы в ядро. Транскрипционно активный фактор представлен гомо- или гетеродимером белков NFkB (за исключением RelB, который формирует только гетеродимеры с р50 и р52). Так как трансактивационные домены имеются у RelA, RelB и с-Rel, но не у р50 и р52, то напрямую активировать транскрипцию способны лишь димеры соответствующего состава [3].
Кристаллическая структура димеризован-ных RHD была решена для нескольких NFkB белков, в т.ч. для гетеродимерных RelA^50 и RelB/р52 и гомодимерных RelA, c-Rel, р50, р52 комплексов [4 — 7]. Во всех случаях димерный фактор, связанный с ДНК, имеет характерную форму «бабочки», при этом RHD каждой субъединицы содержит по два домена с укладкой полипептидной цепи, напоминающей молекулы иммуноглобулинов. Соединены они подвижным линкером, в котором находится NLS. Петли N-концевого домена образуют нуклеотид-специфические контакты с ДНК и неспецифические с ее сахарофосфатным остовом. С-концевой домен содержит около 100 аминокислотных остатков и участвует в
димеризации белка и неспецифическом взаимодействии с ДНК.
Большинство функциональных in vivo kB сайтов на ДНК имеют длину 10 нуклеоти-дов и, за несколькими исключениями, соответствуют вырожденному консенсусу 5'-GGGRNWYYCC-3', где R - пурин, N -любое основание, W- А или Т, Y-пирими-дин. Для гетеродимера RelA/p50 установлено, что р50 субъединица специфически узнает 5'-GGGRN-3' полусайт, тогда как RelA — 5'-YYCC-3' полусайт. Также было показано, что гомодимеры р50 и р52 взаимодействуют с участком длиной 11 нуклеотидов, в то время как RelA/RelA и с-Rel/^Rel комплексы предпочтительно связывают 9-ти нуклеотидные сайты, а несимметричные гетеродимеры RelA^50 и RelB^52 узнают kB последовательность длиной в 10 нуклеотидных пар. Строение RelB уникально в сравнении с другими членами семейства (см. рис. 1), и возможно, именно необычная структура N-концевого участка, предшествующего RHD, затрудняет получение данных о специфичности его ДНК-узнавания. На данный момент разрешена структура С-концевого участка RHD RelB (~100 аминокислот), ответственного за гомодимеризацию [8], а также структура комплекса Re1B/р52/ДНК, полученного с использованием фактора RelB, укороченного с N-конца [7]. На основе данных Fusco и соавторов [7] предложено разделение RelB-связы-вающих kB последовательностей на два класса, отличающихся АТ-составом центральной части сайта и набором контактов с RelB, в частности, с остатком аргинина в положении 125. Следует отметить, что комплексы RelB^52 с неканоническими kB сайтами демонстрируют необъяснимую нестабильность в нуклеопротеиновом геле, а наблюдаемые в растворе константы связывания с этими сайтами не согласуются с их трансактивационной активностью в системе с геном-репортером [7]. Также было показано, что гетеродимерные комплексы RelB с NFkB1 и NFkB2 существенно отличаются друг от друга, причем предпочтительным партнером для RelB является именно р52/р100 [9]. В частности, уникальным для NFkB семейства является взаимодействие между RelB и N-концевыми областями и другими неструктурированными регионами p100, причем каждый из белков комплекса влияет на стабильность партнера [9].
Семейство IkB включает белки iKBa, ikBP, IkBs, IkBy, Вс1-3 и С-концевые домены p 100 и р105 (рис. 1). Роль iKBa и IkBP, равно как и функционального блока, включающего
Контроль активации и специфичности NFkB Семейство Rel/NFKB
rhd
RelA (р65) 551 аа
RelB 557 аа
C-Rel 619 аа
NFkBI (р105/р50) 969 аа
NFKB2 (р100/р52) 898 аа
Семейство /кВ
1кВа 317 aa
IkBB
361 aa
IkBs 500 aa
IkB'
KB7
607 Í
□z^ rhd JZ
<
rhd
С
rhd
/tad/zi
[ lz rhd /тар/
Z/tad/P
L
433
=«юоооо
- 447 K855
S923 S927 S932
3rr
S865 S869
Анкириновые повторы
K22 rS32 K21 "
' Бооооо
S23 S19 кб
i— S18 К6 ~\ I~S22
t^xxxxxx^
с
юоооооа
BCL-3 446 aa
Семейство IKK
ЖКа
745 aa
IKKB 756 aa
<
F
KD
Я
S176 S180
lz
,— S177
J— S181
lz
l( hlh j^nbd^
l[ hlh )z/nbd/]
NEMO (IKKy) 419 aa
Рис. 1. Схематическое представление структуры белков семейств NFkB, IkB и IKK.
Указано количество аминокислот в каждом протеине, обозначены длины факторов р50 (433) и р52 (447), образующихся при процессинге предшественников p105 и p100, соответственно. Указаны сайты фосфорилирования и убиквитинирования р 100, р105 и ингибиторов IkB. (RHD) Rel homology domain; (TAD) transactivation domain; (LZ) leucine zipper domain в IKKa/a и Rel-B; (GRR) glycine-rich region; (KD) kinase domain; (HLH) helix — loop — helix domain; (Z) sinc finger domain; (CCl/2) coiled-coil domains; (NBD) NEMO-binding domain; (a) a-belical domain.
представителей семейства IKK, будет обсуждена далее в рамках наиболее изученных сигнальных путей, ведущих к активации транскрипционных факторов NFkB. 1кВу — альтернативный транскрипт гена NFkB1 мыши — является наименее изученным представителем семейства; функциональная роль его не вполне определена. IkBs известен как селективный регулятор активности гетеродимера c-Rel/RelA и гомоди-мера RelA[10]. Bcl-3, в отличие от других членов семейства, не является цитоплазматическим ингибитором, он модулирует транскрипционную активность NFkB, взаймодействуя с гомо-димерами р50 и р52 в ядре клетки [11].
2. Функциональная роль белков NFкB семейства
Несмотря на высокую гомологию между представителями семейства транскрипционных факторов ЫРкБ и взаимозаменяемость в ряде систем (см. ниже), каждый из них несет уникальные функции, что подтверждается наличием у всех линий мышей, нокаутных по этим генам, существенных и в основном неперекрывающихся дефектов (табл.). Далее будут описаны характеристики фенотипов ЫРкБ-дефицитных мышей, рассмотренные также в ряде обзорных работ [12
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.