ОНТОГЕНЕЗ, 2007, том 38, < 5, с. 323-329
= ОБЗОРЫ
УДК 577.152.34+57.083.3
ФОРМИРОВАНИЕ ИММУННЫХ ПРОТЕАСОМ И РАЗВИТИЕ
W ________ _________1
ИММУННОИ СИСТЕМЫ В ОНТОГЕНЕЗЕ МЛЕКОПИТАЮЩИХ1
© 2007 г. Н. П. Шарова, Т. М. Астахова, Л. А. Бондарева*, С. Б. Дмитриева, С. Д. Столяров
Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН 119334 Москва, ул. Вавилова, д. 26 E-mail: npsharova@bk.ru *Институт биологии Карельского НЦ РАН 185610 Петрозаводск, ул. Пушкинская, д. 11 E-mail: bondareva@bio.krc.karelia.ru Поступила в редакцию 22.05.06 г. Окончательный вариант 04.07.06 г.
Рассматриваются современные представления о строении иммунных протеасом и их роли в иммунном ответе. Основное внимание уделяется вопросу формирования иммунных протеасом во вторичных лимфоидных и нелимфоидных органах в онтогенезе млекопитающих. Обсуждаются причины неэффективного функционирования иммунной системы в раннем постнатальном развитии.
Ключевые слова: иммунные протеасомы, Т-клеточный иммунитет, развитие иммунной системы.
ИММУННЫЕ ПРОТЕАСОМЫ И ИХ РОЛЬ В ИММУННОМ ОТВЕТЕ
Клетки млекопитающих содержат множественные формы протеасом, которые различаются субъединичным составом, субстратной специфичностью и функциями. Все многообразие этих форм можно свести к двум основным пулам протеасом -26S и 20S (рис.1). К первому относятся собственно 26S-протеасомы, состоящие из протеолитического 20$-"ядра" и двух регуляторных 19S-субчастиц, и смешанные протеасомы, у которых одна из 19S-субчастиц замещена на другой регулятор (РА28, РА200). Пул 26S-протеасом осуществляет АТФ-зависимый гидролиз убиквитинированных белков и таким образом регулирует многочисленные клеточные процессы, в которых эти белки участвуют (Rock, Goldberg, 1999; Абрамова и др., 2002). Пул 20S-протеасом уничтожает белки, поврежденные окислением, независимо от убиквитина и АТФ.
В свою очередь, по набору протеолитически активных субъединиц пулы 26S^ 20S-протеасом млекопитающих можно разделить на две группы -конститутивные и иммунные (Шарова, 2006). Иммунные протеасомы содержат каталитические субъединицы LMP7 (p5i), LMP2 (pii) и MECL1 (p2i), индуцируемые у-интерфероном, вместо каталитических субъединиц X (р5), Y ((31) и Z ((32)
1 Работа написана по материалам доклада на конференции "Молекулярные механизмы процессов онтогенеза: эмбриогенез, геномы, эволюция", посвященной 80-летию со дня рождения A.A. Нейфаха, и поддержана Российским фондом фундаментальных исследований (проект № 06-04-48229).
конститутивных протеасом. Замена конститутивных субъединиц на иммунные происходит в процессе сборки новых протеасом. Причем субъединицы LMP2 и MECL1 встраиваются совместно, но независимо от LMP7. Включение субъединицы LMP7 во вновь образующуюся протеасому, хотя и облегчается наличием LMP2 и MECL1, но может осуществляться и в их отсутствие (Groettrup et al., 1997; Griffin et al., 1998). Таким образом формируются три субтипа иммунных протеасом: содержащий все у-интерферониндуцируемые каталитиче-
cd ^
S н о cd
Ю
0
1
т о\
cd ^
5 н
0 cd
Ю
6
1
т о
(N
ß-кольца
(содержат по три
протеолитических
субъединицы)
Рис. 1. Схема строения 26S- и 20S-npoTeacoM.
ИММУНИТЕТ
Естественный
(не зависит от антигенной специфичности агрессивных агентов)
Адаптивный
(включается в ответ на появление антигенов)
физические (анатомические) барьеры
физиологические барьеры
воспаление (повышение проницаемости сосудов, накопление клеток в месте инфекции или физического повреждения)
фагоцитоз (поглощение и переваривание корпускулярных частиц, в том числе микроорганизмов и погибших эндогенных клеток, нейтрофилами, моноцитами и макрофагами. Последние сближаются с объектами на основе хемотаксиса)
натуральные киллеры ^К-клетки)
осуществляют быстрый цитолиз чужеродных пролиферирующих клеток на основе лектинового распознавания
гуморальный
клеточный
В-лимфоциты
дифференцируются в плазматические клетки. Последние секретируют антитела, которые связываются с растворимыми антигенами, что способствует их поглощению фагоцитами
Т-лимфоциты CD8+
дифференцируются в Т-киллеры.
Последние распознают чужеродные или измененные свои клетки и осуществляют их цитолиз;
макрофаги
активируются Т-хелперами 1 и превращаются в цитотоксические клетки
Рис. 2. Типы иммунного ответа.
ские субъединицы; содержащий субъединицы LMP2 и MECL1; и обладающий только субъединицами LMP7, которые выявлены в ряде органов млекопитающих (Dahlmann et al., 2000, 2001; Астахова, Шарова 2006).
Если рассматривать иммунитет в целом, то можно сказать, что функции иммунных протеасом связаны с Т-клеточным иммунным ответом (рис. 2). Для полноценного иммунного ответа необходимо наличие иммунных протеасом не только в лимфо-идных органах, но и в клетках всех тканей и органов, за исключением головного мозга. Чтобы прояснить роль иммунных протеасом, рассмотрим структурную организацию иммунной системы млекопитающих.
Созревая в центральных органах иммунной системы - костном мозгу и тимусе соответственно, В-и Т-лимфоциты мигрируют в периферические лим-
фоидные органы: селезенку, лимфатические узлы, миндалины, аппендикс, лимфоидную ткань слизистых оболочек и в лимфоидную ткань, ассоциированную с кожей (Ярилин, 1999; Галактионов, 2004; рис. 3). Периодически лимфоциты поступают из этих органов в кровь и лимфу, контролируя таким образом весь организм на наличие источников агрессии, и возвращаются вновь в лимфоидные органы. При этом наибольшей интенсивностью рециркуляции отличаются Т-лимфоциты, обеспечивающие клеточный иммунный ответ. Цитотоксиче-ские Т-лимфоциты (Т-киллеры) распознают сигналы на дефектных клетках-мишенях, синтезирующих вирусные или свои мутантные белки, и уничтожают такие клетки.
Запуск сигналов о дефектности клетки (наличии в ней источника агрессии) осуществляют иммунные протеасомы. Это происходит следующим образом.
Рециркуляция лимфоцитов в крови и лимфе
Рис. 3. Структура организации иммунной системы.
Синтезирующиеся в клетке аномальные и чужеродные белки подвергаются протеолизу иммунными 26S-протеасомами по АТФ- и убиквитинзависимо-му пути с образованием потенциальных антигенных олигопептидов с "правильным" C-концом, содержащим остатки гидрофобных аминокислот или аргинина (Shimbara et al., 1997; Cascio et al., 2001; Toes et al., 2001). Антигенные олигопептиды длиной 8-11 аминокислотных остатков являются, как правило, антигенными эпитопами. Более длинные антигенные олигопептиды, образуемые иммунными протеасомами, укорачиваются до нужной длины под действием аминопептидаз. Антигенные олигопептиды длиной 8-11 аминокислотных остатков соединяются в цитоплазме с белками-транспортерами (TAP1 и TAP2, Transporter Associated with Antigen Presentation), переносятся в эндоплазматиче-скую сеть, где связываются с молекулами главного комплекса гистосовместимости (ГКГ) класса I, и выносятся вместе с ними на поверхность клетки в составе трансмембранных пузырьков (Janeway, Travers, 1994; Rock, Goldberg, 1999; Ярилин, 1999;
Галактионов, 2004). Эта структура служит сигналом для Т-киллеров о необходимости уничтожить дефектную клетку.
В антигенпредставляющих клетках (АПК) иммунной системы на иммунные протеасомы ложится дополнительная нагрузка. Антигены, поступающие в лимфоидные органы с током крови и лимфы, поглощаются АПК путем эндоцитоза, поступают в цитоплазму из эндоцитозных пузырьков и с помощью иммунных протеасом превращаются в антигенные эпитопы, которые выносятся на поверхность клетки в комплексе с молекулами ГКГ класса I так же, как и в дефектных клетках, подлежащих уничтожению (Rock, Goldberg, 1999). Однако, в отличие от последних, роль АПК заключается не в запуске сигнала на собственное уничтожение, а в активации наивных Т-CD8+-лимфоцитов, которые пролиферируют и образуют клоны дифференцированных Т-киллеров, специфичных в отношении определенных антигенных эпитопов. Существовало мнение, что любая зараженная клетка
сут
сут
5 7 9 15 17 19
кДа
5
-29
Рис. 4. Результаты Вестерн-блоттинга белков фракций 26S-npoTeacoM (1, 3, 5, 7) и 20S-npoTeacoM (2, 4, 6, 8), полученных из селезенки (1-4) и печени (5-8) крыс разного возраста.
Использованы поликлональные антитела к субъединицам LMP7 (1, 2, 5, 6) и LMP2 (3, 4, 7, 8). Маркеры: карбоангид-раза (молекуляр.масса 29 кДа), ингибитор трипсина (молекуляр.масса 20 кДа).
может активировать T-CD8+-лимфoциты благодаря способности представлять им антигенные эпито-пы, однако впоследствии было доказано, что оно ошибочно. Оказалось, что для полноценной активации наивного T-CD8+-лимфoцитa (помимо взаимодействия его рецептора и корецептора CD8 с комплексом молекул ГКГ класса I и антигенного олигопептида) требуется также взаимодействие его корецептора CD28 с молекулой CD80, имеющейся только у АПК (Ярилин, 1999; Галактионов, 2004).
В тимусе - первичном лимфоидном органе - иммунные протеасомы участвуют в отрицательной селекции тимоцитов (Nil et al., 2004). В АПК тимуса имммунные протеасомы расщепляют не чужеродные, а свои белки и образуют из них антигенные эпитопы, которые выносятся на поверхность в комплексах с молекулами ГКГ класса I для выявления и последующей выбраковки тимоцитов, проявляющих высокое сродство к таким комплексам.
Можно подытожить, что адаптивный иммунный ответ у млекопитающих невозможен без присутствия иммунных протеасом в различных органах и тканях.
ФОРМИРОВАНИЕ ИММУННЫХ ПРОТЕАСОМ В ОНТОГЕНЕЗЕ КРЫСЫ
Мы исследовали изменения пулов 26S- и 208-протеасом в постнатальном развитии млекопитающих, характеризующемся существенными биохимическими и физиологическими перестройками организма, в частности динамику появления иммунных протеасом в селезенке (вторичном лимфоидном органе) и печени (к моменту рождения уже не являющейся лимфоидным органом) крысы в первые 3 нед постнатального развития. Иммунные субъеди-
ницы LMP7 и LMP2 выявляли с помощью Вестерн-блоттинга с использованием поликлональных антител к этим субъединицам (рис. 4). По содержанию субъединицы LMP2 судили об уровне включающейся вместе с ней субъединицы LMP10. Предварительно разделяли пулы 26S- и 20S-пpoтeacoм селезенки и печени с помощью фракци
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.