CC BY
35
УДК: 616.2-002.018:612.013
Маслянко Р.П., доктор бюлопчних наук, професор, Левкчвський Д.М., кандидат ветеринарних наук, доцент © Лье1еський нацюнальний утеерситет еетеринарног медицины та бютехнолог1й ¡мет С. З. Гжицького
ОСОБЛИВОСТ1 ФУНКЦ1ОНУВАННЯ СИСТЕМИ 1НТЕРФЕРОНУ У НЕОНАТАЛЬНИХ ТВАРИН
У статт1 представлено сучаст уяелення про морфофункщональт особлиеост1 системи ттерферону. Детально описано мехатзм дп ттерфероте, питання езаемозеязку м1ж ¡мунною системою та системою ттерфероте.
Представлено сучасш дан про роль I функцюнуеання системи ттерфероте е оргатзм1 теарин у ранньому еЩ, проанал1зоеано результати дослгджень ттерфероте у телят I ягнят з гострим захеорюеаннями оргате дихання та шлункоео-кишкоеог патологи.
Ключовi слова: теарини, система ттерферону, ¡мунна система, хеороби телят, ягнят.
Проблема профшактики та л^вання новонароджених тварин з рiзними патолопями рестраторного та шлунково-кишкового тракту постшно знаходиться в сферi уваги ветеринарно! медицини. Щорiчно в Укрш'ш та в шших крашах захворювашсть неонатальних тварин складае не менше 40%, значна частина !х гине. Високий рiвень захворювань тварин повязаний з виключно легюстю розповсюдження шфекцп в ранньому вщ через низький iмунний статус !х органiзму. Особливо небезпечними для неонатальних тварин е гострi захворювання вiрусного походження.
Складностi проблеми профiлактики та л^вання неонатальних тварин спонукали дослщниюв до всебiчного вивчення як самих вiрусiв, так i систем противiрусного захисту, в першу чергу, системи штерферону.
Протягом останнiх рокiв досягнуто значних успiхiв у розумiннi молекулярних механiзмiв противiрусноl ди iнтерферонiв (1ФН), а також механiзмiв протидп штерферонового захисту органiзму самих вiрусiв [9].
Вщомо, що система 1ФН завжди знаходилась в центрi уваги дослщниюв И ушкально1 здатностi пригнiчувати репродукцш вiрусiв в iмунокомпетентних клiтинах без негативного впливу на метаболiзм. Вщомо також, що противiрусна активнiсть 1ФН не повязана з безпосередньою дiею на вiрiон, що е наслщком змiн обмiнних процесiв на кл^инному рiвнi. Так, за ди 1ФН в клiтинi синтезуються ферменти, що пригшчують утворення вiрусних бiлкiв i розщеплюючи вiруснi РНК [7].
Згщно сучасних даних систем 1ФН функцюнуе в органiзмi тварин i людини як iнтегральна частина iмунноl системи.
© Маслянко Р. П., Левшвський Д. М., 2010
102
На сьогодш вщкрито та достатньо повно вивчено понад 20 1ФН, рiзних за структурою та бюлопчними властивостями, що обеднаш в два типи: вiрус-iндукований 1-типу (1ФН-а та в) та iмунний 11-типу (1ФН-у).
Основна функщя 1ФН 1-типу - iндукцiя антивiрусного стану клiтин. Утворення а- i Р-1ФН iндукуeться вiрусaми, бактерiальними лшополюахаридами, двоспiрaльною РНК та !х аналогами.
Для реашзацл повного противiрусного ефекту 1ФН 1-типу потрiбен достaтнiй синтез а- i Р-1ФН. В експериментах та тваринах встановлено, що в результат селективно! руйнаци единого гена, що кодуе синтез 1ФН-Р, пщвищуеться чутливiсть до вiрусних захворювань, оскшьки iзотипи 1ФН-а не здaтнi компенсувати цю втрату 1ФН-Р [12].
Слщ вiдзнaчити, що синтезувати 1ФН 1-типу в рiзнiй мiрi здaтнi вс клiтини оргaнiзму, хоча нaйбiльш виражена здатшсть в iмунокомпетентних клiтин (в основному у макрофапв та В^мфоциив). Така унiверсaльнiсть синтезу 1ФН зумовлена тим, що будь-яка кл^ина може бути заражена вiрусом i повинна мати систему розтзнавання та елiмiнaцil чужорiдного чинника.
1ФН-а характеризуеться високою дифузiйною здaтнiстю. Це, очевидно, пов язано з необхщшстю вшьно! циркуляци та захисту оргaнiзму, окремих оргaнiв, яю вiддaленi вiд мiсць вторгнення вiрусу, в тому числi й тих, що надшеш природнiми захисними бартерами, тaкi як гемaтоенцефaлiчний бартер тощо [8].
Основними продуцентами 1ФН-Р е кл^ини фiброблaстичного та епiтелiaльного типу. Вш дiе локально для запоб^ання розповсюдженню вiрусу iз мiсць його проникнення та реплжаци. Внaслiдок низько! дифузшно! здaтностi в iнфiковaнiй кл^иш (ткaнинi) нагромаджуеться надзвичайно висока концентращя 1ФН-Р [7. 8].
Важливою функщею 1ФН 11-типу е модуляцiя iмунноl системи, зокрема вiдповiдi на чужорщш антигени. Основними продуцентами 1ФН-у е Т-лiмфоцити, особливо Т-гелпери (СД4+ Т-клiтини). Процес синтезу 1ФН-у залежить вiд присутностi допомiжних клiтин, зокрема моноциив i мaкрофaгiв. Крiм Т^мфоциив синтез 1ФН-у може вiдбувaтися в дендритних кл^инах, В-лiмфоцитaх, натуральних кiлерaх [11]. Противiруснa aктивнiсть 1ФН 11-типу значно нижча, нiж в а- i Р-iнтерферонiв.
Взaемодiя 1ФН з клiтиною здiйснюеться лише за допомогою специфiчного рецептора, який знаходиться на цитоплазматичнш мембрaнi. Позaклiтиннa його дшянка мiстить розпiзнaвaльний домен, внутршньокл^инна дiлянкa мiстить понад 500 амшокислотних зaлишкiв i здiйснюе передачу сигналу контрольними елементами, яю генетично детермшоваш [12].
Для реaлiзaцil бюлопчно! дп 1ФН 1-типу використовують однi i тi ж клiтиннi рецептори, яю володiють високим aфiнiтетом до специфiчних молекул. Число рецепторiв на кл^иш коливаеться в широкому дiaпaзонi (вщ сотень до десяткiв тисяч). Максимальна юльюсть рецепторiв виявлена на кл^инах плаценти.
Реaлiзaцiя основних ефектiв 1ФН безпосередньо залежить вщ рецепторно! aктивностi. В експериментах на мишах окремих лшш з дефектом рецепторiв а- i Р-iнтерферону було виявлено неоднакову чутливють до
103
шфекцш. Так, при селективному руйнуванш pe^mopiB 1ФН-у тварини демонстрували високу чутливiсть до бактерiальних антигенiв при збереженнi стiйкостi до вiрусiв i навпаки, при руйнуванш рецепторiв 1ФН-а/р тварини зберiгали стшюсть до бактерiальних iнфекцiй i мали пiдвищену чутливiсть до вiрусiв [29].
Шсля взаемодн з рецептором вщбуваеться цiлий каскад реакцiй, якi проявляються на молекулярному, клiтинному та системному рiвнях. Усю 1х сукупнiсть умовно можна роздшити на противiрусний, антипролiферативний та iмуномоделюючий ефекти.
1ФН був вщкритий як фактор, який характеризуемся вираженою противiрусною дiею, пригнiчення вiрусноi репродукцн спостерiгаеться при концентрацп 1ФН 3x10-14 м [7. 12], що може бути ствставленим з актившстю феромонiв.
Таким чином, 1ФН входить до складу першо! «лшп оборони» проти вiрусiв, яка дiе до того, поки iмуннi меxанiзми повшстю задiяними. 1ФН не володiе специфiчнiстю у вiдношеннi до вiрусiв, а дшть, пригнiчуючи репродукцiю вiрусiв, хоча останш характеризуються неоднаковою чутливiстю до цього фактору захисту.
Що стосуеться основних етапiв розвитку антивiрусного захисту, то !х можна представити наступним чином. Звязування 1ФН з рецепторами призводить до активiзацii факторiв транскрипци, зокрема таких, як штерферон-реагуючi фактори (1РФ) та фактори сигнально! трансдукци та активацп транскрипци - STAT (Signal transducer and activator of transcription). В результат активацп 1ФН-у, фактор транскрипцii STAT - i а (gamma-активуючий фактор GAF) перемiщуеться в ядро кл^ини та взаемодiе з гама-активуючою послiдовнiстю ДНК (DAS), що призводить до активацп транскрипци 1ФН-у з шдуцибельних генiв. При взаемодн а/р iнтерферонiв з рецептором вщбуваеться активащя iнтерферон-регулюючиx факторiв, якi, звязуючись з факторами транскрипцii STST, перемщуються в ядро клiтини, де утворюють комплекс-iнтерферон-стимулюючий генний фактор 3 (ISGF 3), який активуе транскрипщю гешв-мшеней [7. 12].
В клiтинi за дп 1ФН активуються IФН-залежнi гени, на яких основними е гени 2\ 5-ол^о-аденшатсинтетази, протеiнкiнази, фактори шщацп синтезу бiлка (eiF2), антигенiв головного комплексу пстосумюност (гени МНС I класу, один iз генiв МНС II класу), гени 2-мiкроглобулiну та деяких гешв Т-лiмфоцитiв [31]. Для вах цих генiв характерна гомолопчна послiдовнiсть 28 нуклеотидiв з мшливими початковими 5-послщовностями. Збiльшення вмюту 1ФН-залежних бiлкiв у цитоплазмi вщбуваеться за рахунок збiльшення швидкостi транскрипци [15].
В даний час питання про мехашзми дн 1ФН i, тим бiльше, iнiцiацii iнтерфероногенезу, залишаеться вiдкритим. У загальних рисах стае зрозумшим, що 1ФН пригнiчуе трансляцш вiрусниx бiлкiв на рiвнi транскрипци. Але дос залишаеться неоднозначнiсть мiж розумiнням бiологiчноi сутi iнтерфероногенезу та застосуванням IФН-терапii, що не сприяе рацiональному використанню цих високоактивних препараив, i тому мета цiеi роботи -
104
висв^лення сучасних уявлень про штерфероногенез та мехашзм ди 1ФН на оргашзм тварин в topmî та патологи.
Перш за все слщ пiдкреслити, що природа гомеостазу тварин i людини полягае в збереженнi бiологiчноï повноцiнностi протягом життя. Першою системою гомеостазу в процес еволюцiï.
В результатi активацн групи генiв, локалiзованих у 21-й хромосом^ формуеться бiльше 20 нових специфiчних бiлкiв, якi сприяють виникненню стiйкостi до вiрусiв, але вщсутш в клiтинах, якi не тддаються дiï 1ФН. Найбiльш повно вивчена роль таких бшюв, як ендорибонуклеаза, РНК-залежна протеïнкiназа, РНК-специфiчна аденозиндезамiнокiназа та ш. [10. 14. 15].
1ФН також активуе фосфодиестеразу, яка розщеплюе частину транспортноï РНК i, таким чином, запоб^ае продовженню пептидних ланцюпв. Активацiя 1ФН-залежно1' ферментно1' системи 2\ 5-GAS R Nase I4 е основним мехашзмом противiрусноï дп 1ФН [16].
За останнi роки вивчена роль Мx-специфiчного клiтинного бiлку в противiрусному захистi iнтерферонiв. Цей бшок мае вплив на РНК- i ДНК-вмiснi вiруси, пригнiчуючи транскрипщю вiрусного геному РНК-вмiсного вiрусу та трансляцш ДНК-вмiсних вiрусiв [14].
Вщкрито та достатньо вивчено iншi мехашзми противiрусноï дiï 1ФН. Серед них - пригшчення процесу метилування синтезованих мРНК, що обить неможливим ix участь в синтезi бiлку, активацiï фосфодиестерази, що призводить до пригшчення участ тРНК у збiрцi бшкового полiпептиду на рибосомах. Проте, щ меxанiзми захисту ефективнi лише у вщношенш обмеженого числа вiрусiв. Тшьки поеднання всix цих меxанiзмiв забезпечуе надiйнiсть противiрусного захисту [8].
Ще однiею функцiею системи 1ФН е регулящя iмунноï вiдповiдi, а також поди, диференщащя та апоптоз кл^ин.
Мiж iнтерфероновою та iмунною системами юнують тiснi прямi та зворотш звязки. Останнiм часом визначенi також основш рiзницi у спрямованостi ди цих систем. Якщо головною функщею iмунноï системи е контроль бiлковоï постiйностi багатоклiтинноï популяцн органiзму, то системi 1ФН належить провiдна роль у наглядi за генетичною (нуклеотидною) постiйнiстю.
1ФН можуть дiяти на iмунну систему рiзними шляхами, змшюючи експресiю мембранних рецепторiв та антигешв МНС рiзниx класiв, продукцiю та секрецш внутрiшньоклiтинниx бiлкiв, функцiональну актившсть iмунокомпетентниx клiтин, кiлькiсний та яюсний склад цитокiнiв [11].
Модуляцiя експресп бiлкiв МНС е важливим аспектом iмунобiологiчноï дп 1ФН, оскiльки через щ поверxневi структури здiйснюються мiжклiтиннi взаемодн в процесi iмунноï вщповвд. Так, бiологiчна активнiсть 1ФН-а та 1ФН-ß здiйснюеться лише в результат посилення експресп антигенiв I-класу МНС, а 1ФН-у - при посиленш експресп антигенiв II-класу МНС, що мае важливе значення для контролю iмунноï вiдповiдi. Вiдомо, що Т-гелпери (СД4) клiтини розпiзнають екзогенш антигени за участi HLA (Human leukocyte antigens) DR на поверхш антиген-презентуючих клiтин людини. В свою чергу, активоваш Т-
105
лiмфоцити СД4+ субпопуляци декретують 1Л-1, 1Л-2, ФНО, 1ФН-у, якi посилюють експресiю антигенiв цього класу на макрофагах [12].
Важливою властивютю 1ФН в iмунологiчному наглядi е ix здатнiсть активувати дозрiвання цитолiтичниx Т-лiмфоцитiв i натуральних кiлерiв (NK)клiтин. Однiею з функцiй КК-кл^ин е знищення вiльно циркулюючих вiрiонiв, якi знаходяться в бiологiчниx рщинах, а також знищення всix кл^ин, якi мiстять цi вiрiони.
1ФН-у е потужним спецiалiзованим iндуктором диференщаци моноцитiв в ефекторнi клiтини, iндукуючи експресiю бiльше 100 рiзниx гешв у геномi макрофагiв [9].
Таким чином, на раншх стадiяx гострих рестраторних та шлунково-кишкових захворювань в неонатальних дiтей i тварин рiзниx видiв активуються переважно мехашзми противiрусного захисту, зумовленi 1ФН-а i в, в цей же час, як 1ФН-у забезпечуе бiльш шзнш контроль над iнфекцiйним процесом, ввдграючи роль в неспецифiчному заxистi оргашзму, стимулюючи цитолiтичну активнiсть NK-клiтин, фагоцитарну активнiсть макрофагiв [5. 14. 16].
Негативним фактором регуляци 1ФН в кл^иш е специфiчний iнгiбiтор рiзниx iнтерферонiв. Вiн виявляеться на невисокому рiвнi у 50-60% людей i тварин. Iнгiбiтор 1ФН був видшений та очищений у мишей i визначений як полiпептид з молекулярною масою 8-10 кДа [12].
В клшчнш практицi стан системи 1ФН оцiнюеться за рiвнем його в сироватщ кровi та за здатшстю клiтин продукувати in vitro тсля дii рiзниx iндукторiв (вiрусiв, мутагешв) [1. 10].
На даний час достатньо повно вивчено закономiрностi продукцп 1ФН у людей i тварин рiзного вiку. Вiдмiчено, що на раншх стадiяx розвитку здатнiсть лейкоциив продукувати 1ФН-а i 1ФН-у нижча, нiж у дорослих. У новонароджених в кровi циркулюе значна кшькють «раннього» 1ФН. Вiн вiдрiзняеться вщ 1ФН дорослих менш вираженими антивiрусними властивостями, що визначае пiдвищену ix чутливiсть до вiрусниx iнфекцiй шлунково-кишкового та респiраторниx трактiв. У новонароджених захисш функцii проти вiрусiв виконуе переважно 1ФН-у, хоча синтез його знижений [8]. Встановлено, що в ранньому вщ знижена продукцiя лейкоцитарного 1ФН-а та 1ФН-у [15], функцюнування системи 1ФН порушуються в умовах стреав, при недостатностi живлення, гшов^амшозах, мiкроелементозаx тощо [3. 4]. В рядi дослiджень, в основному на дгах та дрiбниx лабораторних тваринах, вiдмiчено рiзке зниження iнтерферонового статусу при рiзниx захворюваннях [1. 5].
Таким чином, застосування 1ФН або ix iндукторiв у лiкуваннi людини чи тварин з рiзними патолопями свiдчить про можливiсть виникнення побiчниx ускладнень. Тому призначення 1ФН препараив в якостi iмуномодуляторiв повиннi базуватися на фундаментальних знаннях про систему ще" важливоi ланки iмунноi системи людини i тварин.
Л1тература
1.Бохонько А. И. Инструкция интерферонообразования: интерферон как возможный репрессор / А. И. Бохонько//Вопросы вирусологии.-1988.-№6.-С.745-747.
106
2.Ершов Ф. И. Интерфероны и их индукторы (от молекул до лекарств)/Ф. И. Ершов//м.-2005.-368 с.
3.Ершов Ф. И. Ранние цитокиновые реакции при вирусных инфекциях/Ф. И. Ершов, А. Н. Наровлянский, М. В. Мезенцева//Цитокины и воспаление.-2004.Т.З., №1.-С.3-6.
4.Кетлинский С. А. Цитокины/С. А. Кетлинский, А. С. Симбирцев//М.-Фомант.-2008.-552с.
5.Корнеев Я. Я. Интерферон - пара гормон или про гормон/Я. Я. Корнеев, Ф. И. Ершов//Вопросы вирусологии.-1987.-№6.-С.753-756.
6.Кузнецов В. П. Интерфероны как средство иммуномодуляции/В. П. Кузнецов//иммунология.-1987.-№4.-С.30-34.
7. Соколова Т. М. Активность ферментов системы интерферона при вирусных заболеваниях/Т. М. Соколова//Бюллетень экспериментальной биологии и медицины.-1991.-т.111.-С.315-316.
8.Сорокин А. М. Иммуномодулирующая активность отечественных природних перпаратов штерферон-альфа/А. М. Сорокин//Иммунология.-1991.-№4.-С.17-20.
9.Чекнев С. В. Взаимодейтсвие интерферона в регуляции активности естесственных киллеров/С. В. Чекнев// Бюллетень экспериментальной биологии и медицины.-1992.-т .113.-С .179-182.
10. Biron C.A. Interferons a and в Immuneregulators/t. New Look/C. A. Biron//Immunity.-2001.-v.14.-P.661-664.
11. Desloges N. Role of the proteinkinase PKR in the inhibition of varicella-zoster virus replication by beta-interferon and gamma-interferon/N. Desloges, M. Rahaus, M. H. Wolff//J. Gen. Viral.-2005.-v.86.-P.1-6.
12. Ellis T. N. Interferon-y activation of polymorphonuclear neutrophil function/T. N. Ellis, B. L. Beaman//J.Immunol.-2004.-v.112.-P.2-12.
13. Kolumam G. A. Type I interferons act directly on CD8T-lymphocytes to allow clonal expansion and memory formation in response to viral infection/G. A. Kolumam, S. Thomas//J. Exp. Med.-2005.-v.202.-P.637-650.
14. Samuel C. E. Antiviral actions of interferons/C. E. Samuel//Clin. Microbiol. Rev.-2001.-v.14.-P.778-809.
15. Shtrichman R. The role of gamma-interferon in antivacterial immunity/R. Shtrichman, C. E. Samuel//Curr. Opin. Microbiol.-2001.-v4.-P.251-259.
16. Uddin S. Mechanisms of type-I interferon signal transduction/S. Uddin, L. S. Platanias//J. Biochem. Mol. Biol.-2004.-v.37.-P.635-641.
Summary
FUNCTION OF SYSTEM OF INTERFERON IN NEONATAL ANIMALS
Contemporary views of structure and functions of interferon system are expounded in the article. Mechanism of effect of interferon system is described in details. Issues of connection between immune and interferon system are elucidated.
Contemporary data about features of function of interferon system in neonatal animals and children are presented. Results of research of interferon status in animal with repeated diseases of respiratory and gastro-duodenal pathology.
Стаття надшшла до редакцИ 9.09.2010
107
