ш
БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, 2010, том 36, № 1, с. 15-28
УДК 577.112
STAT1 - МНОГОЛИКИЙ ФАКТОР ТРАНСКРИПЦИИ © 2010 г. И. А. Костанян#, А. В. Вонаршенко, В. М. Липкин
Учреждение Российской академии наук Институт биоорганической химии им. акад. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, 117997ГСП, Москва, В-437, ул. Миклухо-Маклая, 16/10 Поступила в редакцию 08.05.2009 г. Принята к печати 09.06.2009 г.
Гомеостаз клетки регулируется многочисленными сигнальными белками. Их основная задача заключается в обработке внеклеточных сигналов и активации внутриклеточных каскадов реакций, приводящих к модуляции активности генов. Одной из важных сигнальных систем является семейство STAT, включающее семь участников. Различные STATs действуют как мощные факторы транскрипции, передающие сигналы цитокинов и факторов роста в ядро. Первым обнаруженным и наиболее хорошо изученным представителем этого семейства является STAT1. В обзоре суммированы современные представления о роли STAT1 в поддержании клеточного гомеостаза, причем особое внимание уделено его участию в процессах пролиферации и апоптоза клеток иммунной системы. Показано, что нарушения в функционировании этой молекулы способствуют развитию опухолевых процессов.
Ключевые слова: интерферон, Янус-киназы, STAT, апоптоз.
1. ПРОВЕДЕНИЕ ИНТЕРФЕРОНОВОГО СИГНАЛА
1.1. Интерфероны и их рецепторы
Пальма первенства в открытии интерферонов принадлежит Исааксу и Лидерману [1], которые описали эти цитокины как белки, ингибирующие репликацию вирусов. Интерфероны (1КЫ) индуцируются в клетках в ответ на вирусную инфекцию, секретируются и действуют на еще неинфицирован-ные клетки, вызывая в них антивирусный ответ. Со временем стало ясно, что функция интерферонов не ограничивается только ингибированием репликации вируса, они регулируют целый ряд биологических активностей, ассоциированных с поддержанием гомеостаза и защитных функций клетки.
Все интерфероны подразделяются на два подсемейства — интерфероны I типа, куда относятся 1Ш-а (13 подтипов), 1Ш-р, 1Ш-5, 1Ш-б, 1Ш-к, №N-1, 1КЫ-ю. У человека обнаружены 1КЫ-а, ШМ-р, 1Р^б, №N-1, тогда как 1Р^ю и
№N-5 найдены только у свиней и у крупного рогатого скота. Интерфероны I типа продуцируются многими типами клеток (включая лейкоциты) и индуцируются многими субстанциями, причем лучшими индукторами этих интерферонов являются вирусы и двуцепочечная РНК. Все интерфероны I типа имеют общий рецептор, состоящий из двух субъединиц 1РМАЯ-1 и 1РМАЯ-2, которые экс-прессируются практически во всех тканях [2]. Описана только одна форма субъединицы 1РМАЯ-1, тогда как у 1РМАЯ-2 известны три формы: длинная —
# Автор для связи (тел.: (495) 336-55-11; факс: (495) 336-61-66; эл. почта: iakost@mx.ibch.ru).
1РМАЯ-2е, короткая — 1БМАЯ-2Ь и растворимая — 1БМАЯ-2а. Все они возникают в результате альтернативного процессинга. Анализ мышей, мутант-ных по гену /паг-1, подтвердил важную роль ШМАЯ-1-субъединицы рецептора в проведении интерферонового сигнала [3]. Подобные же исследования, проведенные на 1РМАЯ-2-нуль мышах, показали, что эта субъединица обладает лигандсвя-зывающей активностью [4].
В подсемействе 1РМ типов II всего один представитель — интерферон-у, который не имеет никакой структурной гомологии с интерферонами первого типа. !РМ-у продуцируется в основном Т-лимфо-цитами и натуральными киллерами (МК-клетка-ми), стимулированными чужеродным антигеном или митогеном. !РМ-у играет важную роль в активации макрофагов и лимфоцитов, взаимодействуя на их поверхности с рецептором, который состоит из 2 субъединиц ШМОЯ-1 (собственно рецептора) и ШМОЯ-2 (вспомогательного белка) [5—7].
1.2. Гены, регулируемые интерферонами
Интерфероны I и II типа вызывают экспрессию определенных наборов ISG-генов (ISG-interferon stimulated gen), причем частично эти наборы перекрываются. В промоторах генов, индуцируемых IFN I типа всегда имеется консенсусная последовательность ISRE (interferon-stimulated response element) AGTTTCNNNTTTCC (где N - любой нук-леотид). Эти последовательности могут встречаться и как минорный элемент, в прямой, обратной ори-ентациях, и в виде мультиплетных копий.
Для активации ISG интерфероном-у необходимо наличие в его промоторе так называемого GAS-элемента (y-IFN activation site), имеющего консен-сусную последовательность NTTCN2-4GAA. Однако существуют интерферончувствительные гены, которые могут активироваться как IFN-a, так и IFN-y, хотя содержат всего один интерферончув-ствительный элемент либо ISRE, либо GAS [8, 9].
1.3. (ISGF)3 и GAF
С помощью метода электрофоретической подвижности EMSA (electrophoretic mobility shift assay) был идентифицирован мультимерный комплекс (ISGF)3, который узнает ISRE и является положительным регулятором генов, индуцированных IFN-a. Оказалось, что активный (ISGF^-фак-тор формируется из двух компонентов (ISGF)3a и (ISGF)3y [10]. (ISGF)3a, в свою очередь, состоит из двух полипептидных цепей p91 и p113. Сравнение аминокислотных последовательностей этих двух белков показало их высокую степень гомологии (42%). Оба эти белка, получивших название STAT1 (p91) и STAT2 (p113), принадлежат семейству STAT, куда помимо них входит еще пять представителей (см. ниже) [8, 11]. Анализ комплекса (ISGF)3a, выделенного из клеток, обработанных интерфероном, с помощью метода иммунопреципитации показал, что оба белка его составляющих, и STAT1, и STAT2, фосфорилированы по остаткам тирозина: в STAT1 фосфорилирован Tyr701, в STAT2 — Tyr690 [12].
(ISGF)3y представляет собой ДНК-связываю-щий адаптерный белок из семейства IRF (IFN regulatory factor) - IRF-9 (р48) [10]. IRF-9 - одноцепо-чечный белок с молекулярной массой 48 кДа. Он взаимодействует своим С-концевым участком с N-концевыми спиральными участками фосфорили-рованных STAT1 и STAT2 с образованием (ISGF)3, который транслоцируется в ядро, где и узнает ISRE [12]. Показано, что ISRE-последовательность узнается непосредственно IRF-9, STAT1 усиливает взаимодействие, контактируя с фланкирующими нук-леотидами. STAT2 напрямую с ДНК не взаимодействует, участвуя лишь в образовании гетеромерного комплекса (ISGF)3 [13, 14]. Был обнаружен и положительный регулятор генов, индуцируемых IFN-y, взаимодействующий с GAS-элементами их промоторов, названный GAF (y-IFN activation factor). В латентной форме GAF обнаруживается в цитоплазме, при активации наблюдается его транслокация в ядро, где он взаимодействует с GAS. В состав GAF входят только две полипептидные цепи фосфори-лированного STAT1 [15].
1.4. Роль Янус-киназ в проведении интерферонового сигнала и образование STAT-комплексов
Доказательства участия Янус-киназ (JAK) в проведении сигнала от интерферонов были получены при изучении человеческих клеточных линий, устойчивых к действию интерферонов. Янус-кина-зы представляют собой сравнительно большие белки с молекулярной массой 120—130 кДа и имеют семь гомологичных доменов. Отличительной особенностью этих киназ является наличие С-концево-го тирозинкиназного домена (JH1) и псевдоки-назного домена (JH2), имеющего значительное структурное сходство с киназным (JH1) доменом, но в котором отсутствуют остатки, отвечающие за фос-фотрансферазную активность. Семейство Янус-ки-наз в клетках млекопитающих немногочисленно и представлено всего лишь четырьмя представителями: JAK1, JAK2, JAK3 и Tyk2, но только три из них — JAK1, JAK2 и Tyk2, участвуют в проведении интерферонового сигнала.
Взаимодействие IFN I типа с рецептором вызывает димеризацию и конформационные изменения двух цепей рецептора — IFNAR-1 и IFNAR-2c, что приводит к активации рецепторассоциированных JAK-киназ. Цепь IFNAR-1 взаимодействует с Tyk2, а цепь IFNAR-2c — c JAK1. Активированная Tyk2 фосфорилирует остаток Tyr466 на IFNAR-2с, образуя стыковочный узел для связывания 8Н2-домена STAT2-белка. STAT2, находясь в связанном с рецептором состоянии, является субстратом для JAK-киназ и фосфорилируется в положении Tyr690, которое потом служит сайтом связывания для SH2-домена STAT1. Впоследствии STAT1 аутофосфо-рилируется в положении Tyr701 [8].
Для описанного процесса требуется только внутриклеточный домен IFNAR-2c-цепи. STAT2 непосредственно связывается с внутриклеточным доменом IFNAR^c-цепи, в то время как STAT1 взаимодействует с комплексом IFNAR-2c—STAT2, что указывает на основную функцию STAT2 — формировать сайт связывания для Sffi-домена STAT1 для его ассоциации с рецептором. Все IFN I типа могут активировать все белки семейства STAT И хотя при этом формируются различные STAT-содержащие комплексы, STAT2 является неотъемлемым компонентом пути передачи сигнала от IFN I типа [16]. Далее этот активированный гетеродимерный комплекс STAT2—STAT1 диссоциирует от рецептора и после взаимодействия с IRF-9 образует стабильный тройной комплекс (ISGF)3, который транспортируется в ядро клетки. И уже этот комплекс вызывает устойчивую транскрипцию IFN-индуцибельных генов, в промоторах которых имеются ISRE-эле-менты.
IFN II типа запускают сигнальный путь преимущественно через STAT1. После взаимодействия рецептора с лигандом цепи рецептора IFN II типа
STAT1
STAT1 - МНОГОЛИКИЙ ФАКТОР ТРАНСКРИПЦИИ C-C(ahelix)^DNA | LD SH^PTAD
STAT2
STAT3
STAT4
STAT5b
STAT6
N
790
N
C-C(a helix)^DNA | LD SH2
PTAD
851
N
C-C(ahelix)^DNA | LD Sffi^PTAD
770
N
C-C(ahelix)^DNA | LD SH^PTAD
748
STAT5a N |~C-C(a~helix)] DNA | LD SH^PTAD
704
N
C-C(ahelix)^DNA | LD SH^PTAD
787
N
C-C(a" helix)] DNA
LD
SH2
P TAD
847
Схематическое изображение доменной структуры STAT-белков. N — Концевой домен, С-С — спирально скрученный домен; DNA — ДНК-связывающий домен, LD — линкерный домен, SH2 — src-2 гомологичный домен; P — консервативный сайт для фосфорилирования тирозина; TAD — концевой домен, активирующий транскрипцию [18].
(IFNGR-1 и IFNGR-2) взаимодействуют друг с другом. Биологически активная форма IFN-y — это не-ковалентный гомодимер, который, взаимодействуя с рецептором, образует комплекс с соотношением 2 : 2. После связывания IFN-y, внутриклеточный домен рецептора претерпевает конформационные изменения, в результате которых происходит ауто-фосфорилирование и активация JAK2 с последующим
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.