УСПЕХИ СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ, 2012, том 132, № 4, с. 381-390
УДК 577.112:615.27/28:616.02
РЕЦЕПТОРЫ СМЕРТИ В МОДУЛЯЦИИ АПОПТОЗА © 2012 г. О. В. Уткин, В. В. Новиков
ФБУН Нижегородский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. акад. И.Н. Блохиной Роспотребнадзора, Нижний Новгород Научно-исследовательский институт молекулярной биологии и региональной экологии ФБГОУ ВПО Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород
E-mail: utkino2004@mail.ru
Исследованы молекулярные механизмы модуляции апоптоза с помощью изоформ рецепторов смерти, образующихся в результате альтернативного сплайсинга. Актуальность проблемы обусловлена взаимосвязью нарушения регуляции апоптоза с большинством заболеваний человека, включая рак, вирусные гепатиты и другие. Дана оценка роли некоторых альтернативных изоформ рецепторов смерти и их лигандов, а также однонуклеотидного полиморфизма (ОНП/SNP) генов, кодирующих соответствующие рецепторы и лиганды, в регуляции сигналов апоптоза и выживания.
Ключевые слова: апоптоз, рецепторы смерти, альтернативный сплайсинг, однонуклеотидный полиморфизм.
СИГНАЛЬНЫЕ ПУТИ АПОПТОЗА
Феномен программируемой гибели клеток (апоптоза) привлекает внимание огромного количества исследователей, прежде всего, поскольку играет важную роль в морфогенетических процессах и поддержании корректного числа клеток на протяжении всего онтогенеза организма. Помимо этого, нарушение регуляции апоптоза часто становится причиной развития целого ряда заболеваний [3, 9].
Выделяют два генеральных пути к апоптозу: внутренний путь, требующий непосредственного участия митохондрий, и внешний путь, реализуемый при участии представителей семейства рецепторов смерти и их лигандов [2, 9, 19]. Эти пути конвертируются на этапе активации ключевых молекул апоптоза - каспаз, которые являются цистеиновыми протеиназами [23, 64]. Функционально выделяют две группы каспаз: инициаторы и эффекторы. Первые (каспазы-2, -8, -9 и -10) активируют другие протеазы, в том числе и эф-фекторные каспазы. Вторые (каспазы-3, -6, -7) вызывают деструкцию специфических субстратов. В настоящем обзоре основной акцент сделан на механизмах инициации и модуляции внешнего пути апоптоза. Внутренний путь апоптоза охарактеризован кратко.
Во время эффекторной фазы внутреннего пути апоптоза происходит снижение барьерного потенциала митохондрий, что сопровождается вы-
ходом целого ряда проапоптотических факторов, взаимодействующих друг с другом с образованием сигнального комплекса (апоптосомы), в пределах которого осуществляется активация каспа-зы-9. Каспаза-9 активирует каспазу-3. Последняя, совместно с другими эффекторными каспазами, вызывает протеолиз различных субстратов [9, 12]. Помимо каспазного различают некаспазный механизм апоптотической гибели [68]. В этом случае в результате снижения митохондриально-го барьера в межклеточное пространство высвобождаются такие факторы как флавопротеин А1Б (апоптоз-индуцирующий фактор) и эндонуклеаза в, участвующие в реализации апоптоза.
Триггерным событием внешнего пути апоптоза является взаимодействие рецепторов смерти и их лигандов. Лиганды рецепторов смерти относятся к цитокинам и экспрессируются разными типами клеток в мембраносвязанной или растворимой формах [62]. Как на мембране, так и в растворимой форме они представляют собой гомотримеры, взаимодействие которых с рецепторами приводит к выполнению клеткой самых различных функций, таких как пролиферация, рост, дифференци-ровка и апоптоз [31].
Рецепторы смерти являются представителями суперсемейства рецептора фактора некроза опухоли, которое насчитывает свыше двух десятков членов (ФНО/Т№), выполняющих разные биологические функции [2, 14, 46]. На основе структурных особенностей внутриклеточного участка
члены суперсемейства ФНО/TNF можно условно подразделить на три группы (семейства). К первой группе относят рецепторы смерти, содержащие цитоплазматический домен смерти. У человека обнаружено 6 рецепторов смерти: TNF-R1 (CD120a/ p55), Fas (CD95/APO-1), DR3 (TRAMP/LARD), TRAIL-R1 (DR4), TRAIL-R2 (DR5/KILLER/ TRICK2), DR6 [2]. До настоящего времени многие из них упоминаются в литературе под своими исторически сложившимися названиями, что создает информационный хаос и затрудняет изучение представителей данного семейства. Подобная ситуация справедлива и для лигандов рецепторов смерти.
Вторая группа рецепторов представлена молекулами, содержащими в цитоплазматическом участке домен TIM (TRAF-взаимодействующий мотив). К ним относят большое количество белков (TNF-R1, CD27, CD30, CD40 и другие). Стимуляция этих рецепторов ведет к активации сигнальных путей, преимущественно направленных на выживание клеток. Третья группа рецепторов не содержит внутриклеточных сигнальных доменов (TRAIL-R3, TRAIL-R4, OPG, DcR3 и другие). Они эффективно конкурируют с первыми двумя группами рецепторов за связывание соответствующих лигандов, модулируя передачу активационных сигналов [25].
Структура, механизмы активации и передачи сигнала весьма сходны для представителей семейства рецепторов смерти [2, 57]. Рецепторы смерти характеризуются наличием внеклеточного участка, содержащего цистеин-обогащенные домены (CRD), число которых варьирует у разных представителей семейства, трансмембранного домена (TM) и внутриклеточного участка, содержащего домен смерти (DD) [24].
Внеклеточный участок рецепторов смерти необходим для связывания лиганда. Лиганды семейства ФНО/TNF могут взаимодействовать с несколькими рецепторами, демонстрируя риданденс (избыточность) биологических функций [31]. Например, лиганд TRAIL может взаимодействовать с 5 рецепторами семейства ФНО/TNF. В составе первого цистеин-обогащенного домена внеклеточного участка некоторых рецепторов смерти (Fas, TNF-R1) идентифицирован функционально-значимый прелигандный домен (PLAD), обусловливающий лиганд-независимую агрегацию молекул [20]. Взаимодействия молекул с помощью прелигандного домена специфичны. Олигомери-зация рецепторов необходима для повышения аффинности к лиганду. Кроме того, биологическая роль лиганд-независимой агрегации рецепторов
связана с тем, что многие цитокины в физиологических условиях существуют в достаточно низких концентрациях и для быстрой инициации сигнального каскада с их участием требуется олиго-мерная форма молекулы. Показано, что до взаимодействия с лигандом TNF-R1 является димером. После связывания лиганда TNF-R1 приобретает тримерную структуру. На самом деле димерные структуры после связывания лиганда ассоциируют друг с другом с образованием макромолекулярных агрегатов. Таким образом, тримерная организация сохраняется на макромолекулярном уровне. Для рецептора Fas формирование макромолекуляр-ных кластеров является необходимым условием для инициации полноценного апоптотического сигнала.
Внутриклеточный домен смерти участвует в передаче сигнала апоптоза. Он состоит из 6 а-спи-ралей, стехиометрически собранных в пучок [55, 56]. В настоящее время домен смерти рассматривают, прежде всего, как модуль гомотипичных белковых взаимодействий (определяет взаимодействие белков, несущих его в своем составе). Среди белков, содержащих домен смерти, выбор специфического партнера определяется наличием поверхностных аминокислотных остатков (якорных аминокислот). В составе ряда членов семейства рецепторов смерти (TNF-R1, DR3, но не Fas, DR4 или DR5) вблизи домена смерти обнаружен сайленсер, с которым взаимодействует цитозоль-ный белок - сайленсер домена смерти (SODD) [2, 31]. Взаимодействуя с доменом смерти, этот белок препятствует контакту рецепторов с адап-тором TRADD (ФНОР/TNFR-ассоциированный домен смерти), делая невозможной лиганд-не-зависимую активацию каскада сигналов. После взаимодействия рецептора с лигандом связи между сайленсером и белком SODD нарушаются, что способствует присоединению адаптора TRADD и дальнейшей реализации сигнала.
Как отмечалось ранее, представители семейства рецепторов смерти характеризуются сходными, но не идентичными механизмами инициации и трансдукции апоптотического сигнала [2, 57] (рис. 1). Одновременное взаимодействие гомо-тримерного участка лиганда с внеклеточными регионами трех близко расположенных молекул рецептора приводит к кластеризации внутриклеточных доменов смерти последнего [9, 29]. Следует отметить, что рецептор смерти DR6 не взаимодействует ни с одним из известных лиган-дов суперсемейства ФНО/TNF. Возможно, что он функционирует в лиганд-независимой манере или взаимодействует с еще не идентифицированным лигандом [18]. Согласно современным
представлениям рецептор смерти Fas участвует в передаче сигнала клеточной смерти только при взаимодействии с мембранной формой лиганда. Растворимая форма лиганда инициирует каскад реакций, направленных на выживание и пролиферацию клеток [49]. В тримеризованном состоянии домены смерти рекрутируют находящийся в цитоплазме адаптор. Рецепторы смерти Fas, TRAIL-R1 и TRAIL-R2 присоединяют адаптор FADD (Fas-ассоциированный домен смерти), а DR3, DR6 и TNF-R1 адаптор TRADD [25, 55, 58]. Эти первичные ассоциации определяют природу и комплексность последующих сигнальных событий. Адаптор FADD за счет домена связывания эффектора смерти (DED) взаимодействует с доменом связывания эффектора смерти прокаспазы-8 или -10. Адаптор TRADD содержит два домена смерти, одним из которых он взаимодействует с доменом смерти рецептора, а другим - с доменом смерти молекулы FADD. Кроме того, адаптор TRADD способен связывать и другие сигнальные молекулы (вторичные адапторы), такие как цито-зольный рецептор-интегрирующий белок (RIP) и белок TRAF2 (ФНОР/TNFR-ассоциированный фактор 2). Присоединение белка RIP вызывает активацию транскрипционных факторов, а белка TRAF2 - активацию сигнальных путей, направленных на защиту клеток от апоптоза [2, 9, 12, 31]. Таким образом, формирование функционально различных сигнальных комплексов провоцирует клетку к принятию двойственного решения о выживании или гибели. Как правило, образование таких комплексов происходит в разных ком-партментах клетки [59].
ОДНОНУКЛЕОТИДНЫЙ ПОЛИМОРФИЗМ РЕЦЕПТОРОВ СМЕРТИ
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.