ОНТОГЕНЕЗ, 2015, том 46, № 4, с. 209-224
= ОБЗОРЫ =
УДК 62.018.2:017.12
ЭКСТРАТИМИЧЕСКАЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВКА арТ-ЛИМФОЦИТОВ
© 2015 г. Е. М. Куклина, Н. С. Глебездина
Институт экологии и генетики микроорганизмов Уральского отделения РАН 614081 Пермь, ул. Голева, д. 13 E-mail: ibis_07@mail.ru Поступила в редакцию 24.12.2013 г. Окончательный вариант получен 02.02.2015 г.
Экстратимическая дифференцировка представляет собой альтернативный путь развития аРТ-лим-фоцитов, который в норме выражен незначительно и ограничен в основном печенью и слизистой оболочкой кишечника, но существенно усиливается с возрастом, а также при некоторых физиологических и патологических состояниях организма, приобретая более широкое распространение. В обзоре детально рассмотрены фенотипические и функциональные особенности Т-лимфоцитов экстратимического происхождения в зависимости от их локализации и условий активации процесса. Проанализированы механизмы индукции такой дифференцировки. Особое внимание уделено биологическому значению экстратимического развития арТ-клеток.
Ключевые слова: экстратимическая дифференцировка, арТ-лимфоциты, стресс, беременность, инфекционные заболевания, аутоиммунитет.
DOI: 10.7868/S0475145015040035
ВВЕДЕНИЕ
Для основной субпопуляции Т-лимфоцитов, аßТ-клеток, классическим путем дифференцировки является тимический. В тимусе Т-клеточ-ные предшественники приобретают рецептор для антигена (T cell receptor, TCR) и проходят процессы клональной селекции, связанные с элиминацией потенциально аутоспецифичных лимфоцитов и обеспечивающие толерантность зрелых периферических Т-клеток к антигенам собственного организма.
Экстратимическое развитие Т-лимфоцитов представляет собой альтернативный способ диф-ференцировки, в который вовлекается значительное количество клеток, заселяющих слизистые кишечника, печень, лимфатические узлы, легочно-бронхиальные ткани и кожу (Rocha et al., 1995; Guy-Grand, Vassali, 2002; Blais et al., 2004; Clegg et al., 1996; Terra et al., 2005). Основная часть Т-клеток, развивающихся вне тимуса — это лимфоциты, несущие антигенный рецептор у8-типа (у8Т-лимфоциты), однако и для aßТ-лимфоци-тов, традиционно дифференцирующихся в тимусе, такой вариант развития имеет место. Убедительные свидетельства существования экстратимической дифференцировки aßТ-клеток обеспечиваются данными исследований бестимусных мышей (Rocha et al., 1995; Boileau et al., 2000; Holland, 2012), животных со сложными комбинированными им-мунодефицитами (Sprent et al., 1991), мышей, по-
лучающих хронические инъекции онкостатина М (ОМ) или ОМ-трансгенных животных (С1姧 й а1., 1996; БоИеаи е! а1., 2000; ВЫ8 е! а1., 2006), и при использовании ряда других экспериментальных моделей. Перечисленные модели, конечно, не в полной мере отражают реальные процессы, происходящие в организме, но это единственная возможность изучения данного феномена, поскольку в физиологических условиях дифферен-цировка арТ-лимфоцитов вне тимуса, выражена незначительно. Показано, однако, что процессы экстратимического развития арТ-клеток могут активироваться в ситуациях, связанных с временной или необратимой инволюцией тимуса — при стрессе (8Ыт^и е! а1., 2000), беременности (Ютига е! а1., 1995; Rijhsinghani е! а1., 1996), в случае возрастных изменений (ОЫ;еЫ е! а1., 1992; Ьз^ то!о е! а1., 2004). Кроме того, они выявлены при ряде аутоиммунных патологий (8еЫ е! а1., 1991).
Следует отметить, что основная часть данных по экстратимической дифференцировке Т-лимфоцитов получена 10—15 лет назад, и, несмотря на актуальность проблемы, новые работы появляются в литературе редко. Однако в иммунологии в целом за эти годы произошел настоящий прорыв — в частности, в понимании механизмов формирования центральной и периферической толерантности, активации различных Т-клеточных субпопуляций, развития инфекционных и аутоиммунных заболеваний и т.д., и это позволяет по-
новому интерпретировать имеющиеся данные. Цель настоящего обзора — анализ механизмов активации экстратимического развития aßT-лим-фоцитов, с особым акцентом на обсуждении биологического значения данного феномена.
КЛАССИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ РАЗВИТИЯ aßT-ЛИМФОЦИТОВ
Тимическая дифференцировка aßT-клеток включает несколько последовательных этапов: коммитирование полипотентных костномозговых предшественников к Т-ряду, в ходе которого они последовательно утрачивают способность развиваться при соответствующих условиях в клетки других линий (миелоидные клетки, В-лимфоциты, NK-клетки); формирование рецептора для антигена, а именно — реаранжировку ß-цепи TCR, его ассоциацию с суррогатной a-цепью с формированием пре-TCR, несколько волн клональной экспансии, инициируемой сигналом с пре-TCR, реаранжировку a-цепи и формирование полноценного TCR; и, на основании экспрессируемого TCR, клональную селекцию, которая предполагает отбор Т-клеток, распознающих чужеродные антигенные пептиды в контексте собственных молекул главного комплекса гистосовместимости (Major Histocompatibility Complex, MHC). Данный процесс обеспечивает формирование пула периферических aßT-лимфоцитов, способных эффективно отвечать на чужеродные антигены, не повреждая при этом собственных тканей (Vicente et al., 2010; Koch, Radtke, 2011; Shah, Zuniga-Pflucker, 2014).
Дифференцировка Т-клеток в тимусе сопровождается их фенотипическими изменениями, в первую очередь — изменением экспрессии мембранных молекул CD4 и CD8: у ранних внутрити-мусных предшественников обе молекулы отсутствуют (дубль-негативные, CD4-CD8--клетки), на более поздней стадии они экспрессируются одновременно (дубль-позитивные, CD4+CD8+-клетки), а последующая дифференцировка сопровождается утратой одного из маркеров. Финально экспресси-руемая молекула (CD4 или CD8) ассоциирована с TCR и участвует в связывании антигенов МНС на мембране антигенпрезентирующей клетки. Помимо CD4/CD8, идентифицирован еще целый комплекс стадиоспецифичных мембранных и внутриклеточных маркеров тимоцитов. Так, в развитии CD4-CD8--клеток выделяют четыре стадии в зависимости от экспрессии мембранных молекул CD44 (рецептор хоминга) и CD25 (a-цепь рецептора для интерлейкина (IL)-2). В качестве маркеров различных стадий тимического развития могут выступать также суррогатная a-цепь пре-TCR, рецепторы для ростовых факторов (например, IL-7R), транскрипционные факторы Egr, Hes-1, Notch-1 и многие другие молекулы (Koch,
Radtke, 2011; Naito et al., 2011; Hong et al., 2012). Следует подчеркнуть, что большинство перечисленных молекул экспрессируется и другими клетками и может служить маркерами тимоцитов только в контексте других (стадиоспецифичных) маркеров.
Важнейшим событием тимической дифферен-цировки арТ-лимфоцитов является формирование антигенного рецептора, состоящего из двух ковалентно связанных цепей а и р. Гены, кодирующие вариабельные домены цепей TCR, имеют мозаичную структуру и формируются в ходе соматической рекомбинации за счет ассоциации дискретных сегментов ДНК трех разных классов — V (variable), D (diversity) и J (joint), так называемой У^^-рекомбинации. Соответствующие локусы ДНК могут содержать до сотни вариантов кодирующих сегментов данного класса, и случайное соединение этих сегментов в ходе рекомбинации является одним из основных механизмов формирования разнообразия молекул TCR и, как следствие, антигенраспознающего репертуара Т-лим-фоцитов.
Ключевыми факторами реаранжировки являются рекомбиназы RAG-^ RAG-2 — продукты генов, активирующих рекомбинацию (Recombination Activating Genes). Белки RAG не только вызывают образование двунитевых разрывов ДНК, вырезая фрагменты ДНК между двумя индивидуальными сегментами, но и участвуют в последующей репарации разрывов (Nishana, Raghavan, 2012). Экспрессия белков RAG в арТ-лимфоци-тах в норме регистрируется только на этапе тими-ческого развития, причем и в этот период она ста-диоспецифична и активируется только на момент реаранжировки каждой из цепей TCR — Р-цепи (в CD4-CD8--клетках) и а-цепи (в CD4+CD8+-™-моцитах). После завершения процесса и появления на мембране полноценного функционального аpTCR экспрессия рекомбиназ необратимо терминируется, в связи с чем выявление в клетке белков RAG-1/RAG-2 используется в настоящее время как критерий наличия самого процесса ре-аранжировки (Nishana, Raghavan, 2012; Shah, Zuniga-Pflucker, 2014). Еще один важный фактор, участвующий в процессе рекомбинации и используемый в ряде работ как маркер этого процесса, — терминальная дезоксинуклеотидилтрансфе-раза (TdT), которая обеспечивает нематричную подстройку нуклеотидов в месте разрыва на этапе репарации.
Уникальность тимической дифференцировки обеспечивается стромой тимуса, которая участвует во всех этапах развития тимоцитов, от комми-тирования к Т-ряду до процессов клональной селекции. Поэтому любые свидетельства наличия такой дифференцировки вне тимуса неизменно поднимают вопрос о том, какие клетки поддерживают ее в периферических органах и тканях.
ХАРАКТЕРИСТИКА ЭКСТРАТИМИЧЕСКИХ Т-ЛИМФОЦИТОВ
Прежде чем обсуждать особенности экстрати-мических Т-лимфоцитов, необходимо сказать о критериях, на основании которых авторы работ по данной проблеме относят те или иные Т-клеточ-ные субпопуляции к экстратимическим. Строго говоря, экстратимическая дифференцировка подразумевает развитие клеток исключительно вне тимуса. Однако результаты большинства работ по экстратимическим Т-лимфоцитам не позволяют четко ответить на вопрос о том, развиваются ли эти клетки полностью на периферии или начальные этапы дифференцировки, в частности, ком-митирование к Т-клеточному ряду, происходят в тимусе. Наиболее убедительные свидетельства наличия экстратимической дифференцировки аРТ-лимфоцитов получены в работах с трансгенными животными, Т-клетки которых несут флуоресцентный зонд (Green Fluorescent Protein, GFP), экспрессируемый под контролем промотора рекомбиназы RAG2 (Guy-Grand et al., 2003; Blais et al., 2006), одного из маркеров реаранжи-ровки. Такие работы позволяют оценить наличие процессов реаранжировки генов TCR вне тимуса, определить их локализацию и степень выраженности процесса, и, в ряде случаев — оценить хар
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.