РОССИЙСКИЙ ИММУНОЛОГИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2015, том 9(18), № 2, с. 186-193
ОБЗОР
АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ СПЛАЙСИНГ МОЛЕКУЛЫ CD45 В МЕХАНИЗМАХ МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
ДИФФЕРЕНЦИРОВКИ Т-КЛЕТОК
© 2015 г. К.А. Юрова, О.Г. Хазиахматова, Н.А. Сохоневич, А.Г. Гончаров, Л.С. Литвинова
Балтийский федеральный университет им. Иммануила Канта, Лаборатория иммунологии и клеточных биотехнологий, Калининград, Россия
Поступила: 26.11.2014. Принята: 25.05.2015
В обзоре систематизированы сведения, касающиеся участия альтернативного сплайсинга гена Ptprc, кодирующего трансмембранную тирозиновую протеинфосфатазу СЭ45, в процессах дифференцировки Т-клеток памяти. Особое внимание уделено продуктам трех генов (и2а1И4, ОП1, НМЯЫРЬЦ, вовлеченных в регуляцию антигензависимой активации Т-клеток.
Ключевые слова: дифференцировка Т-клеток, альтернативный сплайсинг, наивные и примированные Т-клетки иммунной памяти
ВВЕДЕНИЕ
Поддержание функций иммунной системы обеспечивается как значительным разнообразием составляющих ее клеток, так и способностью клеточного звена быстро адаптироваться к изменениям условий окружающей среды. В ответ на антигенную стимуляцию, запускается цикл функциональных преобразований иммунокомпетентных клеток, который влечет за собой изменения экспрессии множества белков. На сегодняшний день исследование механизмов регуляции генной активности клеток врожденного и адаптивного иммунитета является основной задачей молекулярной иммунологии [1, 2].Одним из таких механизмов является альтернативный сплай-
Адрес: 236016, Калининград, ул. Боткина, 3, Литвинова Лариса Сергеевна. E-mail: larisalitvinova@yandex.ru
Юрова К.А. — аспирант БФУ им. И. Канта; Хазиахматова О.Г. — аспирант БФУ им. И. Канта; Сохоневич Н.А. — м.н.с. лаборатории иммунологии и клеточных биотехнологий Инновационного парка БФУ им. И. Канта;
Гончаров А.Г. — к.м.н., доцент кафедры молекулярной физиологии и биофизики Химико-биологического института БФУ им. И. Канта;
Литвинова Л.С. — д.м.н., зав. лабораторией иммунологии и клеточных биотехнологий Инновационного парка БФУ им. И. Канта
синг. Известно, что первичные транскрипты почти 95% всех генов человека подвергаются альтернативному сплайсингу, причем большая их часть относится к генам, которые экс-прессируются в нервной и иммунной системах [3].
Изучение процессов альтернативного сплайсинга в иммунокомпетентных клетках находится на начальных стадиях, однако уже сейчас научное сообщество признало его важную роль в регуляции функций иммунной системы [4, 5, 6, 7, 8, 9]. На сегодняшний день установлены некоторые механизмы, посредством которых сплайсинг генов изменяется в ответ на антигенную стимуляцию клеток иммунной системы [8, 9, 10, 11]. К одному из наиболее ярких примеров относится сплайсинг транскриптов, кодирующих общелейкоцитарный рецептор — молекулу СБ45 [12, 13, 14]. Изоформы молекулы СБ45 отражают процесс дифференцировки Т-кле-ток во время антигензависимой активации иммунокомпетентных клеток и обладают разными свойствами при взаимодействии с лигандом [7, 15]. На роль потенциальных регуляторов процессов дифференцировки иммунокомпетентных клеток, в частности Т-лимфоцитов, претендуют продукты трех генов (ШаНМ, СП1, НЫНЫРЫ) [3, 4, 5, 11, 14, 16, 17]. Несмотря на то, что влияние измене-
ний механизмов альтернативного сплайсинга во время иммунного ответа на клеточные функции доказано, до сих пор не представлены исследования, описывающие регуляцию генов на уровне альтернативного сплайсинга в иммунном ответе.
Общий лейкоцитарный рецептор -молекула CD45: строение и функциональные особенности
В изучении феномена иммунной памяти особого внимания заслуживают молекуляр-но-генетические механизмы дифференци-ровки наивных Т-клеток-предшественников в Т-клетки иммунной памяти во время иммунного ответа [4, 9]. Логично, что цикл функциональных и биохимических изменений, которые происходят в ответ на антигенную стимуляцию Т-клеток, требует изменения экспрессии множества белков [10].
На поверхности всех кроветворных клеток (кроме зрелых эритроцитов), в том числе лимфоцитов, экспрессируется трансмембранная тирозиновая протеинфосфатаза CD45 (общий лейкоцитарный рецептор, LCA, leukocyte common antigen), которую кодирует ген Ptprc (Protein Tyrosine-Phosphatase, Receptor Type). Белковые трансмембранные тирозин-фосфатазы являются сигнальными молекулами, которые регулируют различные клеточные процессы, такие как митотический цикл, дифференцировку клеток, клеточный рост, онкогенез и др [18, 19, 20]. CD45 является основным гликопротеином мембраны лимфоцитов, занимая до 10% внешней мембраны клетки [21].
Для экспрессии на поверхности клетки, рецептор CD45 должен быть гликозилиро-ван, а для нормального функционирования ему необходимо фосфолипидное окружение и специфичное ориентирование на поверхности клетки [20, 22]. Как показали современные исследования, молекула CD45 по структуре близка к Т-клеточному рецептору (TCR). Т-лимфоциты, не экспресси-рующие молекулу CD45, не способны передавать сигнал, опосредованный ТCR. Этот факт объясняется ослаблением сопряжения ТСR/CD3-сигнального пути с кальциевыми сигналами [20, 23].
Уровень экспрессии CD45 является критическим параметром, определяющим функции иммунокомпетентных клеток. CD45 имеет большие эктодомены, которые активируют
или оказывают тормозящее действие на активацию TCR [20].
Молекула СБ45 способна непосредственно взаимодействовать с компонентами комплекса антиген-рецептор, либо может активировать различные киназы, необходимые для сигнализации рецептора и антигена [22]. Молекула СБ45, ингибируя ^К-киназы, выступает в роли негативного регулятора рецепторов цитокиновой сигнализации [18].
Экспрессия изоформ рецептора СБ45 в имунокомпетентных клетках строго контролируется в течение их развития, дифферен-цировки и активации. Наивные Т-лимфоциты экспрессируют преимущественно высокомолекулярные изоформы СБ45 (CD45RA), тогда как активированные (примированные) Т-клетки памяти — короткий сплайс-вариант CD45 (CD45RO), с которым связывают более быструю и эффективную активацию, опосредованную антигеном [4, 9].
В периферической крови, как правило, можно обнаружить три субпопуляции Т-клеток: CD45RA+ CD45RO- - наивные Т-клет-ки; CD45RA-CD45RO+ — Т-клетки памяти и CD45RА+CD45RO+ — переходные Т-лимфоциты [9, 24].
Наивные Т-клетки, экспрессирующие высокомолекулярные изоформы CD45, имеют высокую фосфатазную активность и поддерживают Т-клеточный рецептор в при-мированном состоянии для распознавания антигена [16]. Процесс активации наивных клеток довольно сложен, требуя вовлечения Т-клеточного рецептора (TCR) и костимули-рующих молекул (CD28 и др.) и управляется сложным комплексом транскрипционных изменений многих генов [12, 14]. Переход к низкомолекулярным изоформам — CD45RO при активации Т-клеток снижает фосфатаз-ную активность рецептора CD45 и, как полагают, способствует ослаблению Т-клеточ-ной сигнализации [7]. Кроме того, индукция альтернативного сплайсинга с образованием изоформы CD45RO, угнетает пролиферацию Т-клеток по принципу отрицательной обратной связи [4, 25]. Низкомолекулярные изоформы CD45 подвержены гомодимеризации в большей степени, чем крупные [25].
Димерное состояние внутриклеточной фосфатазной активности CD45 ингибируется посредством пространственной организации. Таким образом, при переходе к низкомолекулярным изоформам CD45 во время активации Т-клеток снижается фосфатазная активность
СБ45 и ослабляется Т-клеточная сигнализация [25, 26]. В результате молекула CD45RO участвует в более эффективной передаче сигнала Т-клеточного рецептора, чем изофор-мы, имеющие больший молекулярный вес (CD45RABC и CD45RBC) [27].
Альтернативный сплайсинг молекулы СЭ45
Альтернативный сплайсинг является основным механизмом регуляции экспрессии генов, который позволяет получить несколько уникальных мРНК из одного гена используя избирательное включение или исключение экзонов [16, 28]. В процессе предварительного сплайсинга мРНК происходит точное удаление интронов и присоединение экзонов, в результате формируется белок-кодирующаям РНК [10]. Альтернативный путь сплайсинга реализуется за счет того, что некоторые полинуклеотидные последовательности РНК способны в одних случаях выступать в качестве экзона, а в других — в качестве интрона. В результате альтернативного сплайсинга образуются зрелые РНК, которые отличаются первичной структурой. В их состав входят как идентичные, так и уникальные фрагменты полинуклеотидных последовательностей [29].
В Т-клетках существует несколько генов, которые подвержены альтернативному сплайсингу. Важная роль регуляции альтернативного сплайсинга у человека иллюстрируется геном Р1рге, пре-мРНК которого состоит из 33 экзонов и кодирует общий лейкоцитарный рецептор CD45 [30]. Как уже упоминалось ранее, молекула CD45 является критическим регулятором сигнализации, опосредованной Т-клеточным рецептором (TCR) [1, 31, 32]. Картина альтернативного сплайсинга для этого гена изменяется в ответ на антигенную стимуляцию, результатом чего являются важные функциональные изменения в экспрессии белка [10].
Альтернативный сплайсинг CD45 служит механизмом обратной связи в поддержании Т-клеточного гомеостаза. Области белка CD45, кодируемые переменными экзонами, регулируют непосредственно гомодимериза-цию CD45, от которой зависит уровень сигнализации через TCR [7, 33].
Дифференциальное использование трех экзонов (4,5 и 6) внеклеточного домена CD45 во время альтернативного сплайсинга способ-
но производить восемь различных изоформ рецептора [16, 34]. Вариабельные экзоны 4 и 6 экспрессируются только в 40 — 60% покоящихся Т-клеток иммунной памяти, в то время как экзон 5 присутствует практически во всех мРНК. Интересно, что при антигенной стимуляции включение экзонов 4 и 6 становится едва уловимым [35]. Альтернативный сплайсинг регулируется посредством изменения концентрации регуляторных белков [28] (рис. 1).
Чтобы в полной мере понять и предсказать дифференциальную экспрессию изоформ CD45 в Т-клетках, нужна полная характеристика детерминант, регулирующих сплайсинг CD45. Катализ сплайс
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.