CC BY
110
Теоретична медицина / Theoretical Medicine
УДК 616.9-092:616-002+612.821.8+577.23 АБАТУРОВ А.Е.1, ВОЛОСОВЕЦ А.П.2, ЮЛИШ Е.И.3
1ГУ «Днепропетровская медицинская академия Министерства здравоохранения Украины» 2Национальный медицинский университет им. А.А. Богомольца, г. Киев 3Донецкий национальный медицинский университет им. М. Горького
РОЛЬ МОР-ПОДОБНЫХ РЕЦЕПТОРОВ В РЕКОГНИЦИИ ПАТОГЕН-АССОЦИИРОВАННЫХ МОЛЕКУЛЯРНЫХ СТРУКТУР ИНФЕКЦИОННЫХ ПАТОГЕННЫХ АГЕНТОВ И РАЗВИТИИ
ВОСПАЛЕНИЯ Часть 1. Семейство
Резюме. В обзоре представлена характеристика семейства образ-распознающихрецепторов — NLR. Ключевые слова: воспаление, инфекционный процесс, NOD-подобныерецепторы.
Введение
Семейство NOD-подобных (CATERPILLER) рецепторов человека объединяет 22 интрацеллю-лярных иммунных протеина, идентифицированных в результате поиска APAF-подобных молекул, общей чертой которых является наличие доменов NOD/NBD (nucleotide binding oligomerisation domain) и LRR (leucine-richrepeats) повторов, благодаря чему их также называют NOD/NBD-LRR протеины. Протеины NLR семейства как факторы защиты широко распространены в растительном мире. За последние 15 лет у растений были идентифицированы и охарактеризованы сотни генов, кодирующих протеины NLR, которые получили название «гены резистентности», или «R-гены». Так у Arabidopsis thaliana идентифицировано 150, у рисовых — 600 R-генов. Все белки NLR принадлежат к ААА+ суперсемейству АТФаз. Для полноценного функционирования протеинов NLR необходимыми аксессуарными молекулами являются: белок теплового шока 90 (heat-shockprotein 90 — HSP90) и убиквитинлигаза-ассоциированный протеин SGT1 (ubiquitinligase-associated protein suppressor of the G2 allele of Skp1). HSP90 и SGT1 стабилизируют молекулу NLR протеинов, а HSP90 тонко изменяет конформацию лигандсвязывающего кармана NLR протеинов, как бы индуцируя возникновение ре-когниционно-компетентного состояния молекулы [1, 10, 19, 22, 28].
Краткая характеристика NLR протеинов
Характеристика протеинов семейства NLR представлена в табл. 1.
Протеины NLR семейства человека образуют несколько филогенетических субсемейств субсемейство NLRP (14 протеинов), субсемейство NLRC (5 протеинов) и субсемейства NLRB, NLRX, CIITA. Основным дифференцирующим фактором, разделяющим протеины на субсемейства, является структура ^терминального домена. Так, протеины субсемейства NLRA содержат кислый трансакти-
Рисунок 1. Филогенетическое дерево NLR [31]
© Абатуров А.Е., Волосовец А.П., Юлиш Е.И., 2013 © «Здоровье ребенка», 2013 © Заславский А.Ю., 2013
Таблица 1. Протеины NLR семейства человека и их агонисты [11, 14, 29, 32, 35, 36]
Название Синонимы Доменная организация Хромосомная локализация гена и тканевая и Агонисты
клеточная экспрессия
1 2 3 4 5
Семейство NLRA
CIITA (class II (CARD)-AD-NACHT- MHCIITA, NLRA 16p13
major histocom- NAD-LRR Эпителий тимуса, DC, мо-
patibility complex, ноциты, T-, B-лимфоциты
transactivator)
Семейство NLRB (семейство BIR)
NLRB1 (NLR NAIP (NLR BIR(3x)-NACHT-LRR 5q13.1 Флагеллин
family, BIR domain family, apoptosis Макрофаги, эпителиоци-
containing 1) inhibitory protein); BIRC1; CLR5.1 ты респираторного тракта
Семейство NLRC (семейство CARD)
NLRC1 (NLR NOD1 (nucleotide- CARD-NACHT-NAD- 7p14.3 meso-lanthionine
family, CARD binding LRR Сердце, селезенка, лег- meso-DAP
domain containing oligomerization кие, плацента, поджелу- y-d-Glu-meso-DAP (iE-DAP)
1) domain containing дочная железа, яички, l-Ala-y-d-Glu-meso-DAP
1); CARD4; CLR7.1 скелетные мышцы (TriDAP) d-lactyl-l-Ala-y-Glu-meso-DAP- Gly (FK 156) Heptanoly-y-Glu-meso-DAP-d-Ala (FK565)
NLRC2 NOD2; CARD15; CARD(2x)-NACHT- ^12.1 MurNAc-l-Ala-d-isoGln
CD; BLAU; IBD1; NAD-LRR Моноциты, DC, грану- (мурамилдипептид)
PSORAS1; лоциты, клетки Панета,
CLR16.3 эпителий кишечника
NLRC3 NOD3; CLR16.2 CARD-NACHT-NAD- ^13.3 MurNAc-l-Ala-d-Glu-l-Lys
LRR В-, Т-клетки, NK-клетки (M-TRILys)
NLRC4 CARD12; CLAN; CARD-NACHT-NAD- 2p22.3 Флагеллин (Salmonella,
CLR2.1; IPAF LRR Костный мозг, сердце, почки, печень, селезенка, легкие, плацента, кишечник Legionella, Listeria, Pseudomonas)
NLRC5 NOD4; NOD27; CARD-NACHT-NAD- ^13 дцРНК, оцРНК
CLR16.1 LRR Миндалины, толстый кишечник, яичники, тимус, плацента, простата
Семейство NLRP
NLRP1 (NLR NALP1; DEFCAP; PYD-NACHT-NAD- ^13.2 Мурамилдипептид, леталь-
family, pyrin do- NAC; CARD7; LRR-FIIND-CARD Сердце, тимус, селезенка, ный токсин сибирской язвы
main containing 1) CLR17.1 желудок, яички, лейкоциты, моноциты, DC, B- и ^клетки
NLRP2 NALP2; PYPAF2; PYD-NACHT-NAD- ^13.42 Мурамилдипептид
NBS1; PAN1; LRR Тимус, легкие, плацента
CLR19.9
NLRP3 NALP3; CIAS1; PYD-NACHT-NAD- ^44 Бактериальная РНК
PYPAF1; Cryopyrin; LRR Лейкоциты, хондроциты, РНК вируса гриппа
CLR1.1 моноциты, Т-клетки, DC, ротоглотка, пищевод, матка ДНК аденовируса Липополисахарид (Mycobacteria, Neisseria) Пороформирующие токсины (нигерицин, аэролизин, ли-стериолизин, тетанолизин, а- и р-гемолизин, холесте-ринзависимый цитолизин) Малярийный гемолизин Экстрацеллюлярная АТФ
Окончание табл. 1
1 2 3 4 5
DAMP (гиалуроновая кислота, бигликан) Кристаллические структуры (кристаллы мочевой кислоты, холестерина, солей алюминия, кремния, асбеста, амилоида-Р) Наноструктуры
NLRP4 NALP4; PYPAF4; PAN2; RNH2; CLR19.5 PYD-NACHT-NAD-LRR ^13.42 Почки, печень, селезенка, поджелудочная железа, тимус, легкие, плацента
NLRP5 NALP5; PYPAF8; MATER; PAN11; CLR19.8 PYD-NACHT-NAD-LRR ^13.42 Ооциты
NLRP6 NALP6; PYPAF5; PAN3; CLR11.4 PYD-NACHT-NAD-LRR 1Ш5.5 Эпителиоциты, грану-лоциты, моноциты, В- и Т-клетки, эозинофилы, DC
NLRP7 NALP7; PYPAF3; NOD12; PAN7; CLR19.4 PYD-NACHT-NAD-LRR ^13.42
NLRP8 NALP8; PAN4; NOD16; CLR19.2 PYD-NACHT-NAD-LRR ^13.42
NALP9 NOD6; PAN12; CLR19.1 PYD-NACHT-NAD-LRR ^13.42
NLRP10 NALP10; PAN5; NOD8; PYNOD; CLR11.1 PYD-NACHT-NAD 1Ш5.4 Мозг, сердце, скелетные мышцы, моноциты
NLRP11 NALP11;PYPAF6; NOD17; PAN10; CLR19.6 PYD-NACHT-NAD-LRR ^13.42
NLRP12 NALP12;PYPAF7; Monarch1; RNO2; PAN6; CLR19.3 PYD-NACHT-NAD-LRR ^13.41 Гранулоциты, DC, моноциты, эозинофилы
NLRP13 NALP13; NOD14; PAN13; CLR19.7 PYD-NACHT-NAD-LRR ^13.42
NLRP14 NALP14; NOD5; PAN8; CLR11.2 PYD-NACHT-NAD-LRR 1^15.4
Семейство NLRX
NLRX1 (NLR family member X1) NOD9; CLR11.3 X-NACHT-NAD-LRR 11q23.3
Адаптерные протеины
PYRIN Marenostrin MEFV PYD-SPRY 16p13.3 Нейтрофилы, эозинофилы, DC, моноциты, макрофаги, лейкоциты
ASC CARD5, PYCARD, TMS1 PYD-CARD ^13.42 Тимус, селезенка, кишечник, лейкоциты периферической крови
CARDINAL CARD8, DACAR, TUCAN, NDDP1 19q13.33 Почки, легкие, лимфатические узлы, селезенка, яички, яичники, плацента
Примечание: в дополнение к данным представителям семейства NLR относительно недавно был идентифицирован белок НМ-200, который вызывает активацию каспазы-1 в ответ на взаимодействие с дцДНК [15].
вирующий домен; NLRB — BIR домен; NLRC — CARD; NLRP — пириновый домен (рис. 1) [20, 26, 31, 35].
Общая характеристика молекулярной структуры протеинов NLR семейства
Структурно протеины NLR семейства представляют собой большие многодоменные белки с трехпартитурной архитектурой. Характерными признаками протеинов NLR семейства являются наличие в N-конце молекулы эффекторного домена; в центральной части — нуклеотидсвязываю-щего домена (nucleotide-bindingdomain — NBD)/ домена олигомеризации нуклеотидов (NOD или NACHT); в C-терминальном конце — домена, богатого лейциновыми повторами (leucine-richrepeats — LRR) (рис. 2, 3) [5, 32]. Эффекторные домены
Вариабельный N-терминальный эффектор-ный регион NLR может быть представлен различными доменами, которые участвуют в белко-во-белковых взаимодействиях, такими как домен активации и рекрутирования каспаз (caspase activation and recruitment domain — CARD); пи-риновый домен (pyrin domain — PYD); кислый трансактивирующий домен; домен, содержащий повторы бакуловирусного ингибитора апоптоза (baculovirus inhibitor of apoptosis repeat — BIR) [8, 27, 34, 36].
CARD и PYD являются представителями семейства смертельных доменов (DD) и смертельных эффекторных доменов (DED), которые участвуют в развитии апоптоза и воспалитель-
Рисунок 2. Домены молекул NLR семейства [23]
Рисунок 3. Доменное строение различных протеинов NLR [19]
ного процесса. Первоначально домен CARD был идентифицирован как аминокислотный мотив, который взаимодействует с каспазами. В отличие от CARD доменов проапоптотических протеинов CARD домен NLR (NLRC1/NOD1 и NLRC2/NOD2) участвует во взаимодействиях с одноименным доменом серин-треониновой ки-назы рецептор-взаимодействующего протеина 2 (receptor-interactingprotein 2 (RIP2)/kinase/serine-threonine Rip-like interactive clarp kinase (RICK)/ CARDIAK)), добиваясь активации провоспали-тельного каскада через индукцию фактора транскрипции NF-kB [34].
Пириновый (PYR) домен, трехмерная структура которого напоминает CARD, участвует исключительно в PYD-PYD взаимодействиях. Домен PYD протеинов семейства NLR взаимодействует с пириновым доменом адаптерной молекулы ASC, которая рекрутирует каспазу-1 [27].
Известны два типа BIR доменов: I тип содержится в протеинах из семейства ингибиторов протеинов апоптоза (inhibitor of apoptosis proteins— IAP), II тип — в протеинах Survivin/BIRC5 и Bruce/BIRC6 [7]. BIR домены характеризуются наличием трех консервативных цистеиновых остатков и одного консервативного гистидино-вого остатка в аминокислотной последовательности CX2CX16HX6-8C. У человека идентифицировано 6 генов, кодирующих протеины IAP. Это гены XIAP, cIAP-1, cIAP2, NAIP, ML-IAP и ILP-2. Протеины IAP семейства, используя BIR домены, участвуют в регуляции апоптоза, прямо ингиби-руя каспазы различной локализации, ингибиторы нейронального апоптоза (NAIP) инактивируют каспазу-3, каспазу-7, каспазу-9 в нервной ткани. На основании молекулярно-генетического анализа сигнальных путей трансдукции было установлено, что NAIP5 в комплексе с адаптерным протеином ASC является ключевым компонентом в процессе реализации ответа макрофагов на появление в цитоплазме клетки флагеллина Legionella pneumophila [7, 25, 27].
NBD домен
Центральная область молекулы организована доменом связывания нуклеотидов и олигомери-зации (nucleotide binding oligomerisation domain — NOD), который в последнее время получил название NACHT (domain present in neuronal apoptosis inhibitor protein (NAIP), the major hiistocompatibility complex (MHC) class II transactivator (CIITA), HET-E and TP1) — нуклеотид-связывающий домен (NACHT nucleotide binding domain — NBD), принадлежащий к семейству STAND АТФаз. Учитывая, что мутации в ATФ-связывающем сайте (Walker's A box) или в магнийсвязывающем сайте (Walker's B box) отменяют передачу сигналов от NLR, домен NBD является основным модулем, функционирование которого предопределяет активацию эффекторных доменов NLR. У большин-
ства протеинов NLR рядом с NACHT располагается NACHT-ассоциированный домен (NAD) [3, 24, 33, 36].
LRR домен
LRR домен был впервые описан Naoyuki Takahashi в 1985 году [30] как последовательность из 24 аминокислотных остатков с высоким содержанием остатков лейцина. В настоящее время известно более тысячи различных LRR доменов, которые идентифицированы в молекулярных структурах вирусного, бактериального и животного происхождения. Последовательности LRR являются протеиновыми мотивами, которые участвуют в белково-белковых взаимодействиях, регулируя процессы протеиновой активации [18, 21].
С-терминальная область молекул NLR содержит по меньшей мере два LRR домена. Последо-
Рисунок 4. Модель молекулы NLRC2/NOD2 [31]
вательности LRR образованы из 20—29 аминокислотных остатков и содержат консервативный 11-резидуальный сегмент с консенсусной последовательностью LxxLxLxxN/CxL (где x — остаток любой аминокислоты, L — остатки валина, изо-лейцина или фенилаланина, N/C — аспарагин/ цистеин) [21]. Лейциновые повторы формируют дугообразную или подковообразную форму трехмерной структуры LRR домена (рис. 4). LRR области NLR участвуют в распознавании пато-ген-ассоциированных молекулярных структур (PAMP) инфекционных агентов. При изучении общей структуры комплексов LRR-лиганд было установлено, что сайт, связывающий PAMP, расположен на вогнутой поверхности «подковы»
Бактерии
PA MP. DAMP Легальный Бактериальный токсин, MDP флагеллин
Рисунок 5. Участие протеинов NLR семейства в инфекционно-воспалительном процессе [8]
Таблица 2. Экспрессия NLR в тканях человека [16]
Ткань Протеин
Кровь NLRB1, NLRC1/NOD1, NLRC2/NOD2, NLRC4, NLRC5, NLRP1, NLRP2, NLRP3, NLRP4, NLRP6, NLRP7, NLRP12, ASC, CARDINAL
Костный мозг NLRC1/NOD1, NLRC4, NLRC5, NLRP1, NLRP3, NLRP12, NLRP14, CARDINAL
Сосуды ASC, CARDINAL
Сердце NLRC2/NOD2, NLRC5, NLRP2, CARDINAL
Мозг NLRB1, NLRC1/NOD1, NLRC3, NLRC5, NLRP1, NLRP2, NLRP3, NLRP11, NLRP14, ASC, CARDINAL
Лимфатические узлы NLRB1, NLRC1/NOD1, NLRC3, NLRC5, NLRP1, NLRP2, NLRP4, NLRP9, ASC, CARDINAL
Поджелудочная железа NLRB1, NLRC1/NOD1, NLRC5, NLRC4, NLRP1, NLRP2, NLRP3, ASC, CARDINAL
Плацента NLRB1, NLRC1/NOD1, NLRC2/NOD2, NLRC3, NLRC5, NLRP1, NLRP2, NLRP4, NLRP7, NLRP10, NLRP12, ASC, CARDINAL
Селезенка NLRB1, NLRC1/NOD1, NLRC2/NOD2, NLRC3, NLRC5, NLRP1, NLRP12, CARDINAL
Тимус NLRB1, NLRC1/NOD1, NLRC3, NLRC5, NLRC4, NLRP1, NLRP2, NLRP3, NLRP6, CARDINAL
Трахея NLRC5, NLRP1, NLRP2, NLRP6, NLRP14, ASC, CARDINAL
LRR домена [9.] Однако до настоящего времени нет фактических доказательств, прямо свидетельствующих о физическом взаимодействии LRR доменов протеинов NLR с лигандами [36]. По мнению Qing Zhang и соавт. [37], функциональная близость и гомология молекулярной архитектуры доменов представителей TLR и NLR суперсемейств обусловлены параллельной эволюцией различных генов.
Локализация и экспрессия протеинов NLR семейства
NLR локализованы внутриклеточно и экспрес-сированы во множестве различных клеток — от иммуноцитов до эпителиоцитов, однако определенные представители NLR-семейства преимущественно или исключительно экспрессируются фагоцитирующими клетками (макрофагами и нейтрофилами) (табл. 2) [6, 17].
Заключение
Протеины NLR семейства человека участвуют в распознавании внутриклеточно расположенных РАМР инфекционных агентов, в индукции процесса воспаления, развитии иммунного ответа и множестве других физиологических реакций. Однако физиологическая роль многих протеинов NLR семейства остается до настоящего времени неизвестной [2, 13, 20, 32]. Рассматривая роль протеинов NLR семейства в инфекционно-воспали-тельном процессе, можно условно выделить три группы: 1) группу протеинов, участвующих в реког-ниции PAMP, DAMP и индуцирующих воспаление; 2) группу протеинов, участвующих в ингибиции воспалительного процесса, 3) группу протеинов с неизвестным физиологическим значением (рис. 5).
Список литературы находится в редакции Получено 03.12.12 □
Абатуров O.e.1, Волосовець О.П.2, Юл!ш е.!.3 1 Д3 «Днпропетровська медична академя МЫстерства охорони здоров'я Украни»
2Нацюнальний медичний унверситет 1м. О.О. Богомольця, м. Ки1в
3Донецький нацональний медичний унверситет ¡м. М. Горького
РОЛЬ NOD-nOAiBHMX РЕЦЕПТОР1В У РЕКОГНЩИ ПАТОГЕН-АСОШЙОВАНИХ МОЛЕКУЛЯРНИХ СТРУКТУР ШФЕЩЙНИХ ПАТОГЕННИХ АГЕНЛВ i РОЗВИТКУ ЗАПАЛЕННЯ Частина 1. С1мейство NLR
Резюме. В оглядi подано характеристику шмейства образ-розтзнавальних pe^mopiB — NLR.
Kro40Bi слова: запалення, шфекцшний процес, NOD-подiбнi рецептори.
AbaturovA.Ye.1, VolosovetsA.P.2, Yulish Ye.!.3
1State Institution «Dnipropetrovsk State Medical Academy
of Ministry of Public Health of Ukraine»
2National Medical University named after O.O. Bogomolets,
Kyiv
3Donetsk National Medical University named after M. Gorky, Donetsk, Ukraine
THE ROLE OF NOD-LIKE RECEPTORS IN RECOGNITION OF PATHOGEN-ASSOCIATED MOLECULAR PATTERNS OF INFECTIOUS PATHOGENS AND IN DEVELOPMENT OF INFLAMMATION Part 1. NLR Family
Summary. The characteristic of the family of pattern-recognizing receptors — NLR — is presented in the review.
Key words: inflammation, infection process, NOD-like receptors.
