научная статья по теме Рецепторы цитокинов: функциональная асимметрия субъединиц в рецепторном комплексе Химия

Текст научной статьи на тему «Рецепторы цитокинов: функциональная асимметрия субъединиц в рецепторном комплексе»



БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, 1997, том 23, № /, с. 78-80

НОВОСТИ НАУКИ

УДК 577.175.14.052

РЕЦЕПТОРЫ ЦИТОКИНОВ: ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ АСИММЕТРИЯ СУБЪЕДИНИЦ В РЕЦЕПТОРНОМ КОМПЛЕКСЕ

Биологическое действие цитокинов иммунной системы и кроветворных ростовых факторов отличается тем, что, с одной стороны, каждый из цитокинов уникален по спектру биологических эффектов, а с другой - в них наблюдается перекрывание спектров биологической активности. Примером могут служить интерлейкин 1 и фактор некроза опухолей альфа, каждый из которых способен индуцировать биосинтез белков острой фазы, вызывать экспрессию молекул адгезии и пр. Этот факт тем более любопытен, что подавляющее большинство рецепторов цитокинов обладает высокой специфичностью, связывая единственный цитокин. Очевидно, что подобное сочетание общности и уникальности биологического действия обусловливается специфическими чертами внутриклеточного сигнального механизма, однако детали механизма передачи сигнала рецепторами цитокинов до настоящего времени остаются неясны. Серьезным шагом на пути решения данного вопроса стало открытие семейства Janus (JAK) протеинкиназ, ассоциирующихся с внутриклеточными участками рецепторов цитокинов и осуществляющих фосфорилирование. Последствием фосфорилирования является индукция STAT-факторов (signal transducers and activators of transcription) [1]. Тем не менее вопрос о молекулярном механизме общности/уникальности биологического действия цитокинов остается открытым. Ответ на него попытались дать американские ученые [2].

В большинстве случаев рецепторы цитокинов представляют собой еубъедшшчные комплексы, в состав которых входят 2-3 не связа!тых ковалент-но трансмембранных белка. Некоторые субъединицы входят в состав более чем одного рецептора. Примером может служить 150кДа-белок, общий для рецепторных комплексов интерлейки-нов 3,5 и гранулоцитмакрофагколонийстимулиру-ющего фактора. Зачастую субъединицы рецептора ассоциируют лишь после связывания с одной из них цитокина, в результате чего происходит кластеризация субъединиц. Кластеризация рецепторных белков наблюдается и в тех случаях, когда рецептор формируется только одной субъединицей. Например, связывание эритропоэтина (ЕРО) с рецептором сопровождается димеризацией последнего. Таким образом, не вызывает сомнений, что кластеризация рецепторов или их субъединиц

служит необходимым элементом сигнального механизма.

Объектом исследования американских ученых стал рецептор интерлейкина 2 (IL 2), представляющий собой комплекс из трех ковалентно не связанных субъединиц а, р и Ус [3]. Первые два белка способны по отдельности связывать IL 2, в то время как ус-субъединица такой способностью не обладает. С |3- и ус-субъединицами, осуществляющими проведение сигнала внутрь клетки, ассоциированы соответственно протеинкиназы JAK1 и JAK3 [4,5]. Следует отметить, что ус-субъединица входит также в состав рецепторных комплексов 1L 4,1L 7, IL 9 и IL 15.

С целью изучения молекулярного механизма проведения сигналов подобными рецепторными комплексами американские ученые сконструировали гены химерных (3- и ус-субъединиц рецептора IL 2, у которых внеклеточная часть субъединиц была заменена на таковую рецептора эритропоэтина (EPO-R). Гены {ЕРОр и ЕРОу) были экспрессированы вместе или по отдельности в клетках IL 2-зависимой Т-клеточной линии НТ-2. Стандартный тест, основанный на включении [3Н]тимидина, был использован для оценки пролиферации трансфектантов под действием ЕРО.

Отсутствие пролиферации в присутствии ЕРО клеток, экспрессирующих любую из химерных субъединиц рецептора, показало, что ни Р-, ни ус-субъединица рецептора IL 2 в отдельности не способны проводить полноценный сигнал, необходимый для поддержания клеточной пролиферации. При этом не наблюдалось ни фосфорилирования JAK1/JAK3-Kima3, ни индукции STAT-фак-торов. Напротив, у клеток, экспрессирующих обе гибридные субъединицы, ЕРО вызывал не только активную пролиферацию, но и долгосрочный рост в культуре in vitro. Наблюдалось и фосфорилирование JAK1- и МКЗ-киназ - процесс, имеющий место при сигнализации через природный рецептор IL 2, Следовательно, гетеродимеризация р- и ус-субъединиц - необходимое и достаточное условие IL 2-зависимой пролиферации.

Принимая во внимание тот факт, что у(,-субъ-единица является общей для целого ряда рецепторов цитокинов (IL 2, IL 4, IL 7, IL 9, IL 15), авторы предположили, что она инициирует процесс клеточной активации, в то время как Р-субъединица

РЕЦЕПТОРЫ ЦИТОКИНОВ

79

запускает специфическую программу событий, характерных для того или иного из перечисленных ЦИТОКИНОВ.

Для проверки гипотезы были получены транс-фектанты, у которых вместо ЕРОус-субъединицы экспрессировался укороченный с С-конца EPOR. Цитоплазматическая часть этого рецептора (ЕРО-^1-зи) состояла лишь из 73 примембранных аминокислотных остатков, ассоциированных с JAK2, и была лишена остального С-концевого фрагмента, на котором находятся все остатки тирозина -потенциальные сайты связывания STAT-факто-ров. HT-2-клетки, трансфицированные лишь геном EPO-R1321, ne были способны пролифериро-вать в ЕРО-содержащей среде, в то время как у двойных трансфектантов, экспрессирующих и ЕРОр-цепь (но не ЕРОуД ЕРО вызывал долгосрочный рост в культуре in vitro. Таким образом, МК2-связывающий фрагмент EPO-R был функционально идентичен в плане передачи пролифе-ративного сигнала 1АКЗ-связывающему фрагменту "^-субъедшшцы. Дальнейшие эксперименты с мутантными формами рецептора показали, что 1АКЗ-киназа в рецепторном комплексе IL 2 может быть заменена на JAK2: при этом по-прежнему реализуется ripoipaMMa клеточной пролиферации.

Специфическая черта активации Т-лимфоци-тов (в том числе и клеток НТ-2) - повышение экспрессии а-субъединицы рецептора IL 2 (CD25). Проверка полученных трансфектантов показала, что в присутствии ЕРО HT-2-клетки, несущие ЕРОРус-рецептор, и даже EPOp/EPO-R,_321 усиливали экспрессию CD25. Напротив, у клеток, транс -фицированных EPO-R, в подобных условиях изменений в экспрессии CD25 fie наблюдалось, что позволило авторам подтвердить предположение о главенствующей роли Р-субъединицы рецептор-ного комплекса IL 2 в осуществлении специфической части сигнальной программы.

Проведенное исследование привело авторов к следующим выводам, приложим ым как к рецеп-торному комплексу IL 2, так и к другим димеризу-гощимся при связывании цитокина рецепторам:

1) существуют определенные правила, определяющие совместимость и взаимозаменяемость JAK-киназ в рецепторных комплексах. Так, пары JAK1-JAK3 и JAK1-JAK2 в равной степени эффективно проводят биологический сигнал, т.е. они обладают перекрывающимися специфичносгями. В то же время гомодимеризация JAK1 или JAK3 функционально неэффективна. Таким образом, наблюдается известная, но не абсолютная гибкость в образовании функциональных пар Janus-киназ. Кроме того, специфичность сигнала, очевидно, определяется факторами иными, нежели JAK-киназы;

2) что касается рецептора IL 2, то его специфическая сигнальная программа зависит от С-конце вой области р-субъедипицы, включающей в себя тирозинсодержащие последовательности. По-видимому, этот вывод распространяется и на другие рецепторы, имеющие общую с рецептором IL 2 ус-су бъ едини цу.

Сопоставление собственных результатов с литературными данными привело авторов к заключению, что в гетеродимерных рецепторных комплексах одна из субъединиц (у,, в случае рецепторов IL 2, IL 4, IL 7, IL 9, IL 15) играет роль стартера (trigger), запуская неспецифическуго часть сигнальной программы. Другая же субъединица - "драйвер" (driver) вносит основной вклад в уникальный для данного цитокина набор внутриклеточных сигналов (рисунок). В пользу общего характера такой "мозаичной" системы внутриклеточной сигнализации говорят данные структурно-функционального исследования рецептора Ifn-y. Роль стартера могут выполнять и рецептор Ifh-a, и низкоаффинный рецептор IL 12. У рецепторов, состоящих из одной субъединицы, при образовании гомодимера каждая молекула рецептора может играть роль и стартера, и драйвера.

В эволюционном плане прослеживаются две подгруппы рецепторов. В одной — "конвергентной" - различные рецепторы имеют одну и ту же субъединицу-драйвер, но разные стартеры. Например, IL 3, IL 5 и гранулоцитмакрофагколон ий-сгимулирующий фактор используют одну и ту же сигналпроводящую субъединицу рс, результатом чего является продукция одних и тех же STAT-факторов. Еще одним примером рецепторов этой подгруппы могут служить IL 4 и IL 13. В другой

БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ том 23 № I 1997

80

НЕСМЕЯНОВ

группе - "дивергентной", - наоборот, общая цепь осуществляет программу запуска (например, у6.-цепь рецепторов 1Ь 2/1Ь 4/1Ь 7ДЬ 9ДЬ 15), в то время как уникальный драйвер активирует цито-кин-специфичную сигнальную программу. Так, у 1Ь 2, 1Ь 4 и 1Ь 7 индуцируется различный набор БТАТ-факторов. Обнаружены рецепторы, сочетающие в себе черты обеих подгрупп.

Предложенная гипотеза, хотя и выглядит весьма привлекательной и логичной, нуждается в дальнейшем подтверждении и развитии на примере рецепторов широкого круга цитокинов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Darnell.I.E., J г. etal.H Science. 1994. V. 264. P. 1415-1421.

2. Lai S.Y. et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1996. V. 93. P. 231-235.

3. Minami Y. et al. // Ann. Rev. Immunol. 1993. V. 11. P. 245-268.

4. Johnston J. A. etal. //Nature. 1994. V. 370. P. 151-153.

5. Witthuhn B.A. etal. //Nature. 1994. V. 370. P. 153-157.

B.A. Несмеянов

Сдано в набор 01.10.96 г. Подписано к печати 09.12.96 г. Формат бумаги 60 х 88 %

Офсетная печать Усл. печ. л. 10.0 Усл. кр.-отт. 3.6 тыс. Уч.-изд. л. 10.6 Бум. л. 5.0

Тираж 347 экз. Зак. 903

Отпечатано в Московской типографии № 2 РАН, 121099, Москва, Г-99, Шубинский пер., 6

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