CC BY
76
Теоретична медицина
616.21/.22+615.355]: 547.96+577.15 АБАТУРОВ А.Е.
Днепропетровская государственная медицинская академия
ОПСОНИРУЮЩАЯ СЕТЬ ПРОТЕИНОВ СИСТЕМЫ НЕСПЕЦИФИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ РЕСПИРАТОРНОГО ТРАКТА
Коллектины: маннозосвязывающий лектин, фиколины
Резюме. В обзоре представлены современные данные о роли MBL, фиколинов в защите респираторного тракта человека от инфекционных агентов. Данные протеины, взаимодействуя с внешней мембраной бактерий, грибов и поверхностных гликопротеинов вирусов, без участия антител активируют систему комплемента, вызывающую осмолизис инфекционных агентов.
Введение
Коллектины (маннан- или маннозосвязывающие протеины) играют одну из основных ролей как в системе молекулярной неспецифической защиты респираторного тракта, так и в процессах распознавания РАМР инфекционных агентов и регуляции иммунного ответа [17, 35, 58, 63, 82].
Семейство коллектинов относится к семейству collagen-like-lectin и включает в себя маннозосвязывающий лектин (MBL), белки сурфактанта A (SP-A) и D (SP-D), конглю-тинин, печеночный коллектин 1 (CL-L1), плацентарный коллектин 1 (CL-P1), коллектин 43 кДа (CL-43) и коллектин 46 кДа (CL-46). Молекулы данных протеинов содержат коллагеноподобный терминальный N-домен и лектиновый (C-типа) лиганд-распознающий терминальный С-домен (область рекогниции углеводородов — CRD), связанные альфа-спиральным «coiled-coil neck» регионом. К семейству коллагеноподобных белков также относятся пуллана-за (бактериальный фермент), рецепторы макрофагов I и II типов и, несмотря на отличия в молекулярном строении, фиколины [17—19, 32, 66, 86]. Показано, что нарушения
продукции фиколинов могут играть критическую роль в патогенезе различных заболеваний: 1) инфекционно-воспалительных; 2) аутоиммунных (системной красной волчанки); 3) нефропатии 1§Д и других [88].
Краткая характеристика МБЬ и фиколинов
Из представителей супер семейства коллектинов наиболее выраженная экспрессия в респираторном тракте характерна для MBL, фиколинов, SP-A, SP-D (табл. 1). Основными опсонирующими белками респираторного секрета являются MBL и фиколины. MBL и фиколины в результате рекогниции ^ацетилглюкозамина и манноз липополисахаридов внешней мембраны бактерий, грибов и поверхностных гликопротеинов вирусов без участия антител активируют систему комплемента, вызывающую осмолизис инфекционных агентов [24, 34, 61, 73, 82, 87]. Особую роль в неспецифической защите респираторного тракта протеин MBL играет у детей в возрасте от 6 до 18 месяцев [54, 80].
Таблица 1. Краткая характеристика маннозосвязывающего лектина и фиколинов (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez)
Протеин Официальное название Синонимы Хромосома, содержащая ген Gene ID
Маннозосвязывающий лектин
Маннозосвязывающий лектин MBL (mannose-binding lectin) COLEC1, HSMBPC, MBL, MBP, MBP1, MGC116832, MGC116833 10 (10q11.2-q21) 4153
Фиколины
M-фиколин M-ficolin Фиколин-1, ficolin (collagen/fibrinogen domain-containing) 1 (FCN1), FCNM 9 (9q34) 2219
L-фиколин L-ficolin Фиколин-2; ficolin (collagen/fibrinogen domain containing lectin) 2 (FCN2); ficolin B; hucolin; serum lectin p35, RP11-263F14.2, EBP-37, FCNL, р35 9 (9q34.3) 2220
H-фиколин H-ficolin Фиколин-3; collagen/fibrinogen domain containing) 3 (FCN3), антиген Hakata, FCNH, HAKA1, MGC22543 1 (1p36.11) 8547
Молекула мономера MBL, как и других коллекти-нов, состоит из коллагеноподобного N- и лектинового С-терминального доменов. С-терминальный домен способен связываться со специфическими поверхностными олигосахаридами различных микроорганизмов [64, 79]. Олигомеризация мономеров приводит к образованию го-мотримеров, которые в последующем образуют мультиме-ры (рис. 1, 2) [69, 80, 85].
Субсемейство фиколинов представлено М-фиколином, L-фиколином, Н-фиколином (рис. 3, 4). Молекулы различных фиколинов подобны на 48—54 % [14, 66, 67]. Н-фиколин представляет собой часть последовательности термолабильного Ь2-макрогликопротеина [13, 75]. В респираторном тракте обнаруживаются все три представителя данного протеинового субсемейства [4, 33, 52, 66].
Синтез MBL осуществляется макрофагами, преимущественно в печени. Показано, что Н-фиколин в респираторном тракте синтезируется реснитчатым эпителием и альвеолоцитами II типа [13, 33]. М-фиколин продуцируется альвеолоцитами II типа, нейтрофилами и моноцитами [27, 39]. Гены, кодирующие фиколины, расположены на разных хромосомах: М-фиколина — на хромосоме 9 (9я34), L-фиколина — на хромосоме 9 (9я34.3), Н-фиколина — на хромосоме 1 (1p36.11) [52].
Среднее содержание MBL, L-фиколина и Н-фиколина в сыворотке крови здоровых людей составляет 0,76, 3,3, 18,4 мкг/мл соответственно [23].
Механизм действия МБЬ и фиколинов
Противоинфекционное действие МБ1 и фиколинов
В биологических средах молекулы MBL, фиколинов комплексируются с MBL-ассоциированными сериновы-
ми протеазами (MBL-associated serine proteases) — MASP1, MASP2, MASP3 и с неферментативным белком MAp19 (неферментативная редуцированная форма MASP-2) (рис. 4). Молекулы представителей семейства MASP состоят из шести доменов — двух C1r/C1s/Uegf/bone морфогенети-ческих протеиновых (CUB) доменов, EGF (эпидермаль-ный фактор роста) подобного домена, двух комплемент-контролирующих протеиновых (CCP) доменов и домена сериновой протеазы. CUB и EGF-подобный домены участвуют в ассоциации молекул MASP с MBL, фиколинами [12, 60]. Комплексы MBL/MASP и фиколин/MASP обладают выраженной протеолитической активностью по отношению как к С4- и С2-компонентам классического пути, так и к С3-компоненту альтернативного пути активации комплемента [1, 6, 11, 16, 30, 39, 53, 57].
MBL C-терминальным доменом селективно распознает маннозу, N-ацетилглюкозамин, а L-, M-фиколины — N-ацетилглюкозамин, липотейхоевую кислоту бактерий и 1,3-Р^-гликан грибов, что позволяет данным молекулам Са2+-зависимым способом прикрепляться к поверхности мембран микроорганизмов. Молекула H-фиколина не обла-даетвыраженнымаффинитетом кпатоген-ассоциированным молекулярным структурам микроорганизмов. Были представлены доказательства о взаимодействии H-фиколина только с Aerococcus viridans [20, 38, 39, 48, 49]. Взаимодействие с инфекционными агентами обусловливает конформацион-ные изменения мультимеров MBL и фиколинов, что приводит к расщеплению профермента MASP между вторым CCP и протеазным доменами. Таким образом, активируются се-риновые протеазы, которые индуцируют лектиновый путь активации комплемента [9, 12, 31, 48, 49, 70].
Различают три пути активации комплемента — классический, лектиновый и альтернативный [28, 65, 84].
Экзон 1 Экзон 2 Экзон 3 Экзон 4
5'«
♦ Codon (52) (54) (57)
' X/Y P/Q A/D А/В А/С
3'
ДНК
х 3
Лектиновый домен
Мономер
Гомотример
Мультимер
Рисунок 1. Схематическое представление экзонов гена MBL2 и мультимеризации мономеров МБ1 [85] Примечание: мономерные пептиды связываются в структурные субъединицы гомотримеры, которые образуют функционирующие мультимеры.
MBL
Коллагеноподобный домен CRD (carbohydrate-recognition
Цистеинобогащенный A domain)
I CRD (carbohydrate-recognition domain)
MBL
регион
Фиколин
32 kDa
35 kDa
Коллагеноподобный Фибриногенподобный домен домен
Фиколин
Коллагеноподобный Фибриногенподобный домен домен
Рисунок2. Схематическое представление строения молекул MBL и фиколинов [28]
Все пути активации комплемента приводят к запуску сборки пороподобного мембраноатакующего комплекса. Классический путь активации комплемента инициализируется прикреплением комплекса С1 (Сц, С1г С18) к Fc-региону иммуноглобулинов, связанных с антигенами. Элементом рекогниции С1 является Сц. Функциональный Сц — это гетеротример, который состоит из продуктов трех генов: СЩА, С^В и СЩС (у). Молекула гликопротеина Сц (460 000 kD) состоит из 18 полипептидных цепей: шести цепей С1 А (223 аминокислотных остатка), шести цепей С
1qB
(226 аминокислотных остатков) и шести цепей СЦС (у) (217 аминокислотных остатков) [36, 76].
Сц взаимодействует Fc-регионом молекул IgG, ^М иммунных комплексов, но не с Fc-регионом IgA, IgE, IgD [65].
Альтернативный путь индуцируется взаимодействием C3b с гидроксильными или аминогруппами поверхностных молекул инфекционных агентов.
Лектиновый путь активируется MASP. Предполагается, что лектиновый путь активации комплемента эволюционно старше классического и участвует в первой линии зашиты макроорганизма от инфекционных агентов. Индуцированная MASP1 частично расщепляет C3 и C2, а MASP2 частично расщепляет C4 и C2, что приводит к формированию C3-конвертазы — C4b2a. При участии фактора D активная форма С3 отщепляет Ва от фактора В, формируя комплекс C3Bb, который обладает С3-конвертазной активностью. Проявлению активности комплекса C3Bb способствует и фактор Р, присоединяющийся к этому комплексу [1, 5, 16, 35, 47, 68, 70, 72]. С3-компонент взаимодействует с комплексами C4bC2a и C3bBbP, обусловливая формирование С5-конвертазы, которая способна расщеплять С5 на фрагменты C5b и С5а. При фиксации на поверхности клеточной мембраны С5-конвертазы C5b устойчиво связывается с С6-компонентом, образуя комплекс С5ьС6, инициализируя сборку мембраноатакующего комплекса. В последующем к комплексу С5ьС6 присоединяются молекулы С7 и С8. Завершающим этапом литического каскада является присоединение к комплексу 12—20 молекул С9, полимеризация которых приводит к образованию нерегулируемого ионного трансмембранного канала (рис. 5) [1, 3].
Показано, что MBL взаимодействует с различными инфекционными агентами — грамположительными и грам-отрицательными бактериями, вирусами, грибами (табл. 2) [42, 43, 55]. Согласно данным A. Krarup и соавт. [23], MBL взаимодействует с некапсулированными формами грампо-ложительных бактерий, в частности со Staphylococcus aureus. MBL не связывается со стрептококками группы В [50].
Представлены доказательства, что M-фиколин способен прикрепляться к поверхности мембран Staphylococcus aureus, L-фиколин — к поверхности мембран стрептококков, Salmonella typhimurium, B.subtilis, S.pyogenes, S.agalactiae, S.aureus, H-фиколин — к поверхности мембран стафилококков, Salmonella typhimurium, Escherichia coli с последующей активацией комплемента [38, 49, 71]. L-фиколин взаимодействует с серотипами III, V, VI, и VIII стрептококков группы В [50], связывается с капсулированными формами Staphylococcus aureus (серотипами 1, 8, 9, 11 и 12) и формами Streptococcus pneumoniae (серотипами 11A, 11D и 11F), но не
Рисунок 3. Модель тримера М-фиколина (по V. Garlatti и соавт.) [75]
Рисунок 4. Модель тримеров L- и H-фиколинов (по V. Garlatti и соавт.) [78]
мбйнка
взаимодействует с их некапсулированными формами [23]. По всей вероятности, такая селективность связана с особенностью строения полисахаридов бактериальных мембран. Так, известно, что полисахариды капсулированных форм стрептококков группы В могут содержать пять различных манноз. Наличие NeuNAc, глюкозы и галактозы характерно для полисахаридов всех девяти серотипов, а присутствие рамнозы специфично для полисахаридов VIII серотипа стрептококков группы В [77].
H-фиколин не связывается ни с одним из серотипов Streptococcus pneumoniae и Staphylococcus aureus, но закрепляется на поверхности Aerococcus viridans [23].
У. Лоуа^ и соавт. [71] предполагают, что L-фиколин-зависимый лектиновый путь активации комплемента является основным в предотвращении стрептококковой инфекции в периоде новорожденности вне зависимости от уровня концентрации антистрептококковых антител в сыворотке крови пациента.
Некоторые грамположительные кокки в течение эволюции приобрели механизмы, защищающие их от действия комплемента. В частности, Ь-гемолитический стрептококк группы А способен продуцировать обладающий беспрецедентной вариабельностью высокоиммуногенный внеклеточный белок 31-кВа — стрептококковый ингибитор компле-
Таблица 2. Спектр микроорганизмов, распознающихся MBL [85]
Группа микроорганизмов Микроорганизмы
Бактерии Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumoniae, Streptococcus pyogenes, Enterococcus spp., Listeria monocytogenes, Haemophilus influenzae, Neisseria meningitidis, Neisseria gonorrhoeae, Escherichia coli, Klebsiella spp., Pseudomonas aeruginosa, Salmonella montevideo, Salmonella typhimurium, H.pylori, Chlamydia trachomatis, Chlamydia pneumonia, Propionibacterium acnes, Mycobacterium avium, Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium leprae, Leishmania chagasi
Вирусы ВИЧ-1, -2, вирус простого герпеса, вирус гриппа A, вирус гепатита B, вирус гепатита C
Грибы Aspergillus fumigatus, Candida albicans, Cryptococcus neoformans, Saccharomyces cerevisiae
Простейшие Plasmodium falciparum, Cryptosporidium parvum, Trypanosoma cruzi
MBL
0
Ö
Фиколин
о
Ö
Полисахариды бактериальной оболочки
г...---
Полисахариды бактериальной оболочки
Рисунок 5. Механизм действия MBL и фиколинов Примечание: С — компоненты комплемента, МАК — мембраноатакующий комплекс, МАБР — MBL-ассоциированные сериновые протеазы.
мента (SIC), который также является важнейшим фактором вирулентности [22, 37]. SIC ингибирует лизис, предотвращая поглощение комплексов C5b67 мембранами клетки, по-видимому, блокируя мембранный участок C7 [74].
Влияние компонентов комплемента, MBL и фиколинов на иммунную систему
Компоненты комплемента C5a и C3a проявляют множество провоспалительных эффектов — усиливают хемотаксис лейкоцитов, продукцию активных радикалов кислорода, провоспалительных цитокинов, метаболитов арахидоновой кислоты, индуцируют дегрануляцию базо-филов, эозинофилов, повышают сосудистую проницаемость [44, 45].
Сформированный C5a связывается с рецептором C5a на гранулоцитах и моноцитах, индуцируя экспрессию C3R — основного рецептора, который обусловливает фагоцитоз С3ь-покрытых бактерий. Повышение экспрессии C3R усиливает процесс фагоцитоза бактерий и стимулирует дыхательный «взрыв» нейтрофилов [15].
MBL индуцирует фагоцитоз микроорганизмов, взаимодействуя с неизвестными до настоящего времени рецепторами [29].
L-фиколин усиливает процесс фагоцитоза Salmonella typhimurium [59]. М-фиколин способен связываться с ДНК апоптотических клеток, способствуя элиминации последних [26].
Состояния, сопровождающиеся дефицитом MBL
Люди с низким уровнем продукции MBL составляют 10—15 % среди белого населения [21].
Ген MBL находится на хромосоме 10 (q11.2-q21) и включает четыре экзона. В настоящее время идентифицировано семь полиморфизмов гена MBL, которые расположены в 1-м экзоне и промоторной области гена MBL2. В промо-торной области мутации расположены в позиции —550G/C (H/L вариант), -221G/C (Y/X вариант), -70C/T, +4C/T (P/Q вариант) и в 5'-нетранслируемом регионе. Различают семь гаплотипов: HYPA, LYQA, LYPA, LXPA, LYPB, LYQC и HYPD. Гаплотип HY ассоциируется с высоким плазменным уровнем MBL, LY гаплотип — со средним, гаплотип LX связан со снижением концентрации белка MBL в плазме крови [2, 40, 41].
Три мутации расположены в 1-м экзоне гена MBL2 — в кодонах 52, позиции +223C/T (Arg52Cys); 54, позиции +230G/A (Gly54Asp) и 57, позиции +239G/A (Gly57Glu), которые кодируют N-терминальный домен белка и обо-
значаются как D, B и C соответственно. Замена глицина отрицательно заряженной аминокислотой, обусловленная мутациями в 54-м и 57-м кодонах, нарушает структуру a-спирали в коллагенподобном домене белковой цепи, препятствуя образованию гомотримера. Конформацион-ные изменения MBL нарушают маннозный путь активации комплемента [2, 51]. Данные полиморфизмы объединены в О-генотип. Среди популяции белого населения гомозиготный генотип A/A (wildtype), характерный для здоровых людей с нормальным синтезом MBL, встречается в 57,6 % случаев; гетерозиготный генотип A/O — в 34,8 % (генотип A/D — в 11 %, генотип A/B — в 19,9 %, A/C — в 3,9 %); гомозиготный генотип O/O — в 7,6 % (B/B — в 2,1 %, B/C — в 2,1 %, B/D — в 2,5 %, D/D — в 0,9 %) [8, 41, 46, 56].
Дефицит MBL сопровождается сниженной резистентностью к респираторнотропным микроорганизмам, например к Streptococcus pneumonia [62]. Дефицит MBL сопровождается высоким риском развития пневмоний, отитов и сепсиса [83], склонностью к частым инфекциям и к затяжному течению инфекционно-воспалительных заболеваний [7, 25, 80].
Увеличение частоты острых респираторных заболеваний отмечено как у гомо-, так и у гетерозиготных детей, но у гомозиготных наблюдалось более тяжелое течение болезни [7].
Заключение
В защите респираторного тракта человека от инфекционных агентов важную роль играют опсонирующие протеины — MBL, фиколины, которые, взаимодействуя с внешней мембраной бактерий, грибов и поверхностных гликопротеинов вирусов, без участия антител активируют систему комплемента, вызывающую осмолизис инфекционных агентов. Уровень продукции MBL и, вероятно, фиколинов предопределяет процессы саногенеза инфекционно-воспалительных заболеваний респираторного тракта. Дальнейшие исследования позволят определить значение саногенетического вклада данных коллекти-нов в процесс выздоровления при различных конкретных заболеваниях органов дыхания. Внедрение в практику процедуры определения гаплотипа MBL2 позволит провести ранние мероприятия по модификации образа жизни, направленной на предупреждение развития инфекционных заболеваний.
Список литературы находится в редакции Получено 06.09.10 □
Абатуров O.e.
Анпропетровська державна медична академ!я
ОПСОНУЮЧА МЕРЕЖА ПРОТЕТЖВ СИСТЕМИ НЕСПЕЦИФ1ЧНОГО ЗАХИСТУ РЕСШРАТОРНОГО ТРАКТУ Колектини: манозопов'язуючий лектин, фколши
Резюме. В оглядi подаш сучасш даш про роль MBL, фшолшв у захисп рестраторного тракту людини вщ шфекцшних агенпв. Даш протеши шляхом взаемоди is зовшшньою мембраною бактерш, грибiв i поверхневих глшопротмшв вiрусiв без учасп антитш активують систему комплементу, що викликае осмолiзис шфекцшних агенпв.
Abaturov A.Ye.
Dnipropetrovsk State Medical Academy, Dnipropetrovsk, Ukraine
OPSONING NETWORK OF PROTEINS OF SYSTEM OF NONSPECIFIC PROTECTION OF RESPIRATORY TRACT Collectins: Mannose-Binding Lectin, Ficolins
Summary. In the review there are presented the contemporary data about the role of MBL, ficolins in protection of respiratory tract of the human from infectious agents. These proteins, cooperating with outer membrane of bacteria, mushrooms and surface glycoproteins of viruses, without participation of antibodies activate the complement system causing osmolysis of infectious agents.
(^laopobье ^¿Г/ребёнка
