научная статья по теме УЧАСТИЕ ВНЕКЛЕТОЧНЫХ ДНК-ЛОВУШЕК В ЗАЩИТНЫХ И ПАТОЛОГИЧЕСКИХ РЕАКЦИЯХ ОРГАНИЗМА Биология

Текст научной статьи на тему «УЧАСТИЕ ВНЕКЛЕТОЧНЫХ ДНК-ЛОВУШЕК В ЗАЩИТНЫХ И ПАТОЛОГИЧЕСКИХ РЕАКЦИЯХ ОРГАНИЗМА»

РОССИЙСКИЙ ИММУНОЛОГИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2015, том 9(18), № 2, с. 164-170

ОБЗОР

УЧАСТИЕ ВНЕКЛЕТОЧНЫХ ДНК-ЛОВУШЕК В ЗАЩИТНЫХ И ПАТОЛОГИЧЕСКИХ РЕАКЦИЯХ ОРГАНИЗМА

© 2015 г. И.И. Долгушин, А.Ю. Савочкина, И.В. Курносенко, В.Ф. Долгушина, А.А. Савельева, И.В. Самусева, В.Б. Маякова

ГБОУ ВПО Южно-уральский государственный медицинский университет Минздрава России,

г.Челябинск, Россия

Поступила: 19.02.2015. Принята: 25.05.2015

Целью данного обзора явился анализ накопленных данных по внеклеточным ловушкам, образуемым клетками врожденной иммунной системы. Представлен современный взгляд на механизмы формирования, строение, способы обнаружения внеклеточных сетей. Показана их роль в защитных и патологических реакциях, обсуждены современные подходы, связанные с ослаблением патологических проявлений, вызванных внеклеточными сетями.

Ключевые слова: внеклеточные ловушки, внеклеточная ДНК, нейтрофилы, эозинофилы, моноциты, макрофаги

Около 10 лет назад немецкими учеными из Института инфекционной биологии имени Макса Планка у нейтрофилов была обнаружена способность к образованию ДНК-содержащих сетевидных структур [10]. Эти образования получили название нейтрофиль-ных внеклеточных ловушек (НВЛ) (NETs — Neutrophil Extracellular Traps). Позднее было установлено, что такое свойство характерно не только для нейтрофилов, но и других клеток — эозинофилов, макрофагов/моноцитов,

Адрес: 454092, г. Челябинск, ул. Воровского, 64, Савельева Анна Александровна. E-mail: pandora_anna@mail.ru

Авторы:

Долгушин И.И. — д.м.н., профессор, член-корр. РАН, заслуженный деятель науки РФ, зав. кафедрой микробиологии, вирусологии, иммунологии и клинической лабораторной диагностики, директор НИИ иммунологии;

Савочкина А.Ю. — д.м.н., профессор кафедры микробиологии, вирусологии, иммунологии и клинической лабораторной диагностики, зав. ЦНИЛ; Курносенко И.В. — к.м.н., доцент кфедры акушерства и гинекологии;

Долгушина В.Ф. — д.м.н., профессор, зав. кафедрой акушерства и гинекологии;

Савельева А.А. — ст. лаборант НИИ иммунологии ЮУГ-МУ, pandora_anna@mail.ru;

Самусева И.В. — м.н.с. НИИ иммунологии ЮУГМУ; Маякова В.Б. — аспирант кафедры микробиологии, вирусологии, иммунологии и клинической лабораторной диагностики.

тучных клеток [30]. Более того, по-видимому, это древнейший универсальный механизм антимикробной защиты, так как ДНК-содер-жащие ловушки образуют, в частности, клетки камбия корня растений [17]. Очевидно, таким способом они защищаются от почвенных грибов.

Процесс образования экстрацеллюляр-ных сетей нейтрофилами принято называть «нетозом» (от анг. «ЫЕТо818»), а остальными клетками — «етозом» (от англ. «ЕТов18»). Экс-трацеллюлярные ловушки различного происхождения имеют несколько общих черт. Объединяющим признаком является то, что их основу составляет ДНК, а также наличие в составе продуктов, обладающих широким спектром антимикробной активности. Однако внеклеточные ловушки, образуемые различными клетками, имеют свои особенности. Источником ДНК может быть как клеточное ядро (например, у нейтрофилов), так и митохондрии (в частности, у эозинофилов). Особый везикулярный механизм формирования внеклеточных сетей был описан для эозино-филов [29]. Наличие нескольких митохондри-альных генов, обнаружение цитохромокси-дазы в нуклеиновой кислоте, выброшенной эозинофилами, свидетельствует о митохон-дриальном происхождения ДНК. Еще одной особенностью является то, что на выброс эозинофилами ДНК уходит несколько секунд,

что значительно короче, чем классический механизм формирования ловушек, реализуемый нейтрофилами. Дополнительной и важной чертой, которая отличает эозинофилы от классического выброса ДНК нейтрофилами, является то, что у эозинофилов нет зависимости между экструзией ДНК и клеточной смертью. Нейтрофилы, у которых ловушки образуются за счет ядерного хроматина, погибают; эозинофилы — сохраняют жизнеспособность [15]. Интересно, что подобный механизм формирования ловушек, который, не приводит к клеточной смерти, был недавно описан и для нейтрофилов. Внеклеточные ловушки таких нейтрофилов так же, как и у эозинофилов содержали митохондриальную, а не ядерную ДНК [15].

Что представляют собой ДНК-содержащие ловушки? Их основу составляют переплетающиеся нити ДНК. В этой сетчатой структуре располагаются гранулы бактерицидных ферментов и пептидов лизосом. ДНК, гистоны, благодаря повышенной липкости, связывают чужеродные частицы, которые под действием антимикробных соединений гранул погибают. Ловушки обеспечивают высокую локальную концентрацию цитотоксических продуктов в пространстве ДНК, благодаря чему минимизируется повреждение окружающих тканей такими молекулами. Скорее всего, в этом и заключается биологический смысл образовавшихся сетей [33, 8, 24].

Химический состав внеклеточных ловушек. Проведенные биохимические и иммунофлюо-рисцентные исследования обнаружили в этих структурах, помимо нитей ДНК, белки-гисто-ны, белки первичных, вторичных и третичных гранул: эластазу, ВР1 (белок, увеличивающий бактерицидную проницаемость), катепсин G, миелопероксидазу, лактоферин, желатиназу. Напротив, маркеров гранулярного мембранного белка СБ63 и цитоплазматических белков, таких как аннексин 1, актин, тубулин в них не обнаружено [10, 15, 25].

Механизм образования НВЛ. Известно, что ДНК-содержащие сети формируются лишь активированными нейтрофилами, под влиянием различных индукторов: ^-8, ФМА, ЛПС, пирогенала, пептидогликана клеточных стенок бактерий и грибов[10, 15].

На поверхности нейтрофилов есть рецепторы, воспринимающие эти химические сигналы и во многом определяющие выбор ответа клетки — пойдет ли такой ответ по пути эндоцитоза — фагоцитоза, либо ещё и

нетоза, т.е. образования НВЛ. Природа этих рецепторов сегодня известна. Это те же Toll-подобные рецепторы, которые запускают эндоцитоз. Для грибов — рецепторы к ма-нанам и р-глюканам [12, 13]. Активация Toll-и лектин-подобных рецепторов запускает НАДФ'Н-оксидазный комплекс и выработку токсических метаболитов кислорода. Эти продукты повреждают ядерную мембрану, мембраны лизосом, а затем наружную ци-топлазматическую мембрану. Данный процесс называется аутофагией. Установлено, что активации НАДФ • H-оксидазной системы является обязательным, но не достаточным условием для образования НВЛ. Так, например, в крови детей до 6 лет с нормальным функционированием НАДФ'Н-оксидазного комплекса НВЛ не образуются [9, 32]. В то же время, нейтрофилы, полученные от пациентов с хроническими гранулематозны-ми заболеваниями, которые дефектны по НАДФ-оксидазе, не в состоянии сформировать внеклеточные ловушки. Однако есть сообщения, что Staphylococcus aureus [26] и Leishmania donovany [16] способны индуцировать выброс НВЛ через молекулярный процесс независимый от ROS (АФК).

Одновременно с этим процессом активируется протеинкиназа С (РКС), которая, в свою очередь, индуцируют нейтрофильную эластазу и пептидил-аргинин-деиминазу — 4 (PAD4). Этот фермент является ключевым в образовании НВЛ, он необходим для цит-руллинации гистонов, приводящей к де-конденсации хроматина. Данный фермент восстанавливает положительно заряженный аргинин до незаряженного цитруллина, что нарушает связь гистонов с ДНК (т.е. вызывает деиминацию гистонов, в результате хроматин деконденсируется и образуются отдельные нити ДНК). Образование НВЛ является PAD4-зависимым процессом, а активность PAD4 зависит от уровня кальция. Неудивительно, что ионофор кальция иономицин активирует PAD4, вызывает цитруллинацию гистонов и приводит к формированию НВЛ [23; 31].

В механизмах экструзии ДНК задействованы также другие сигнальные системы, в частности, система ферментов (фосфатидилино-зитол-3-киназа (PI3K) / серин-треонин киназа (АКТ) / серин треониновая протеинкиназа), отвечающие за синтез белка, функцию микротрубочек, аутофагию и участвующие в дезинтеграции и разрыве мембраны. Эти систе-

мы всегда вовлечены в процесс фагоцитоза в то время, как при нетозе обязательным является активация РЛБ4, которая в эндоцитозе не участвует.

Участие цитоскелета и молекул адгезии в образовании НВЛ пока остается неизученным. Есть мнение [14, 27], что одни и те же рецепторы определяют, будет ли клетка вовлечена в фагоцитоз или/и в нетоз. Любое проявление активности нейтрофилов предполагает вовлечение цитоскелета. Такие функции нейтро-филов, как адгезия, миграция, фагоцитоз невозможны без его участия. Для более полного понимания механизмов формирования НВЛ была изучена роль цитоскелета, кальциевых каналов, синтеза белка и мембран в данном процессе.

Установлено, что цитохалазин, являющийся ингибитором актиновых филаментов, и колхицин, который связывается с внутриклеточным белком тубулином в нейтрофилах, нарушают образование и функции микротрубочек [5]. Блокируют образование НВЛ также верапамил, ингибирующий кальциевые каналы, циклогексимид, подавляющий синтез белка и преднизолон, который оказывает стабилизирующее действие на мембраны. Микротрубочки, кальциевые каналы, синтез белка и мембраны вовлечены в процесс формирования НВЛ [5].

Возможно, что нейтрофилы формируют НВЛ тогда, когда фагоцитоз крупной частицы не удается. Скорее всего, нетоз представляет собой резервную форму убийства — механизм, включающийся после неудачного фагоцитоза.

Все перечисленные звенья занимают очень важное место в нетозе и нарушение одного из этих звеньев блокирует данный процесс.

Направление релиза ДНК зависит от места взаимодействия индуктора с клеточной поверхностью и сети всегда катапультируются строго по направлению к источнику раздражения. Для релиза и развертывания ДНК необходимо скоординированное во времени и пространстве взаимодействие между микротрубочками и актиновыми филаментами, и это взаимодействие контролируется рецеп-торным аппаратом клетки [24].

Какую роль играют внеклеточные ловушки? На сегодняшний день рассматривается их участие, как в защитных, так и в патологических реакциях. НВЛ однозначно принимают участие в реакциях против внеклеточных па-то генов. Нейтрофильные ловушки являются

механизмом, либо альтернативным, либо дополняющим фагоцитоз.

Участие НВЛ в защите от бактерий, относящихся

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.

Показать целиком