CC BY
65
УДК 616.9-002-007.1:577.171.6:578.76:543.544.164:612.017.11 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 ИЭ-ПОДОБНЫХ РЕЦЕПТОРОВ В РЕКОГНИЦИИ ПАТОГЕН-АССОЦИИРОВАННЫХ МОЛЕКУЛЯРНЫХ СТРУКТУР
ИНФЕКЦИОННЫХ ПАТОГЕННЫХ АГЕНТОВ И РАЗВИТИИ ВОСПАЛЕНИЯ. ЧАСТЬ 2. ЛИГАНДЫ И ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЕ СИГНАЛЬНЫЕ ПУТИ, АССОЦИИРОВАННЫЕ С
Резюме. В обзоре охарактеризованы механизмы участия протеинов RIG-подобных рецепторов в регуляции процесса воспаления и иммунного ответа.
Ключевые слова: воспаление, инфекционный процесс, RIG-подобныерецепторы.
Лиганды RLR
Геликазы RIG-1 и MDA-5 являются высоко-дифференцированными сенсорами вирусной РНК [59, 85]. Геликаза RIG-1 распознает одноцепочеч-ные РНК (оцРНК), характеризующиеся наличием трифосфатных группировок в их 5' конце (5'ppp-оцРНК) [4]. Первоначально в связи с тем, что синтез РНК при помощи РНК-полимераз происходит с использованием нуклеозидтрифосфатов, у всех молекул РНК в их 5' конце содержится трифосфатный мотив. В дальнейшем процессинге синтезируемой РНК макроорганизма происходит удаление 5'ppp и сворачивание РНК в комплексные вторичные структуры, поэтому наличие в цитоплазме клетки экспонированных 5'ppp-оцРНК является характерным признаком вирусных двуцепочечных РНК (дцРНК) [7]. Относительно недавно было показано, что наличие 5'ppp является важным, но не обязательным условием активации RIG-1 [42, 68, 57, 59]. Однако, по мнению Jan Rehwinkel и соавт. [57, 59], 5'ppp-оцРНК является единственным естественным оцРНК-ассоциированным лигандом RIG-1.
Геликаза RIG-1 также участвует в рекогниции относительно коротких дцРНК (в пределах от 21 до 27 нуклеотидов), 3'-ОН- (3'-гидроксильных) и 5'-ОН-монофосфатов дцРНК [68]; фрагментов РНК, образующихся в результате противовирусного действия активированной RNase L [70]; регионов, обогащенных поли-U/UC (uridine-rich poly), генома вирусного гепатита С [56, 83]. В отличие от
RIG-1 продукт гена MDA-5 распознает относительно длинные дцРНК (более 2 КБ) (рис. 1). Предполагают, что продукт MDA-5 является доминирующим цитоплазматическим рецептором для полимера РНК поли-^^) (polyinosine-polycytidylic) как in vitro, так и in vivo [56].
Протеин RIG-I распознает РНК ортомиксови-русов (вируса гриппа) [2, 53], парамиксовирусов (вируса парагриппа I (вируса Сендай и гемадсор-бирующего вируса НА-2) и III типов) [62], мета-пневмовируса [14], респираторно-синцитиального вируса [81], вируса гепатита С [55, 63, 64], краснухи, вируса простого герпеса 1, Эпштейна — Барр вируса [7], вируса везикулярного стоматита [85], японского энцефалита [18], вируса бешенства [1]. В исследованиях, проведенных в последнее время, было показано, что RIG-I участвует в рекогниции и ДНК-содержащих вирусов (вируса Эпштейна — Барр, вируса простого герпеса 1, аденовируса), бактерий (Legionella pneumophila), и синтетической В-формы ДНК поли- (dA:dT) [15, 60].
Геликаза MDA-5 взаимодействует с РНК пикор-навирусов, таких как вирус энцефаломиокардита, менговирус и норовирус [18, 24, 43]. Возможно, что MDA5 участвует в распознавании дцРНК значительно большего спектра вирусных агентов [44].
© Абатуров А.Е., Волосовец А.П., Юлиш Е.И., 2013 © «Здоровье ребенка», 2013 © Заславский А.Ю., 2013
РНК реовируса и вируса Западного Нила распознаются RIG-I и MDA-5 (рис. 2) [21, 26, 34].
Рекогниция лигандов RLR
Геликазы RIG-1 и MDA-5 в неактивированной клетке существуют как аутоингибированные, «закрытые» молекулярные структуры, маскирующие эффекторные CARD домены.
Взаимодействие геликаз RIG-1 и MDA-5 с ци-топлазматически расположенной вирусной дцРНК происходит независимо друг от друга и сопровождается димеризацией и индукцией их АТФазной активности (рис. 3) [25].
Инициализация димеризации и открытие CARD доменов для дальнейших CARD-CARD взаимодействий с адаптерной молекулой IPS-1 связано с конформационным изменением пространственной структуры геликазных молекул (рис. 4) [54, 86].
Однако, согласно данным Darja Bamming и Curt M. Horvath [5], уровень продукции IFN I типа, индуцированной MDA-5 или RIG-1, независим от деятельности каталитической области гелика-зы. Michaela U. Gack и соавт. [52] было установлено, что после рекогниции вирусной РНК аминокислотный остаток Lys172 RIG-1 подвергается
TRI M2 5 - опосредованному убиквитинированию, предопределяя дальнейшее взаимодействие с адаптерной молекулой IPS-1 и трансдукцию сигнала возбуждения. В то время как фосфорилиро-вание аминокислотного остатка Thr170, который расположен в непосредственной близости к Lys172, подавляет функциональную активацию RIG-1. Геликазы RIG-1 и MDA-5 возбуждают внутриклеточные сигнальные пути, которые активируют такие факторы транскрипции, как IRF-3, IRF-7 и NF-kB [22, 64].
До недавнего времени LGP2 считали исключительно ингибирующим фактором. Предполагалось, что геликаза LGP2, связываясь с дцРНК, препятствует активации RIG-1 и MDA-5 и в связи с отсутствием в ее молекулярной структуре CARD доменов сама не вызывает возбуждения продукции IFN I типа [77], а также ингибирует мультимеризацию RIG-1 и MDA-5 [56]. Однако несколькими исследовательскими группами было показано, что LGP2 является не отрицательным, а положительным регулятором RLR-индуцированного возбуждения [40]. Структурные исследования C-терминального домена LGP2, проведенные Kiyohiro Takahasi и соавт. [68], показали, что геликаза LGP2 образует более
Рисунок 1. Сенсоры нуклеиновых кислот и их внутриклеточные сигнальные пути [38]
тесные связи с дцРНК, чем MDA-5. Diana A. Pippig и соавт. [76] предложили модель функционирования LGP2, согласно которой LGP2 и RLR взаимодействуют между собой C-терминальными доменами, обусловливая «раскрытие» CARD доменов (рис. 5).
Образование функционального комплекса LGP2/MDA-5 способствует увеличению возможностей рекогниции, в частности, комплекс LGP2/ MDA-5 может взаимодействовать с более значительным разнообразием фрагментов дцРНК, чем MDA-5 [76]. Учитывая, что протеин LGP2, изменяя внутриклеточную локализацию вирусного рибону-клеопротеина (RNP) или раскручивая комплексные структуры РНК, облегчает рекогницию дцРНК преимущественно геликазой MDA-5, Takashi Satoh и соавт. [40] считают, что участие LGP2 особенно важно для рекогниции РНК пикорнавирусов.
Внутриклеточные сигнальные пути RLR
Практически одновременно в 2005 году четыре независимые группы исследователей Taro Kawai и соавт. [35], Etienne Meylan и соавт. [11], Rashu B. Seth и соавт. [67], Liang-Guo Xu и соавт. [84] идентифицировали адаптерную молекулу RIG-1 и MDA-5 — CARD-содержащий стимулятор 1 промотора гена IFN-ß. Каждая группа исследователей дала свое название этой молекуле: Taro Kawai и соавт. [35] — IPS-1, Etienne Meylan и соавт. [11] — Cardif, Rashu B. Seth и соавт. [67] — MAVS, Liang-Guo Xu и соавт. [84] — VISA. Структура адаптерной молекулы IPS-1, которая состоит из 540 аминокислотных остатков, характеризуется наличием N-терминального CARD домена и С-терминальной трансмембранной мито-хондриальной последовательности, связывающей
Рисунок 2. Модель участия ИЮ-1 и MDA-5 в рекогниции различных вирусных агентов
[21, с дополнениями]
Примечание: характеристика геномных особенностей вирусов: (+) — с положительным смыслом, (-) — с отрицательным смыслом; оцРНК — одноцепочечная РНК, дцРНК — двуцепочечная РНК; С — сегментированный, НС — несегментированный геном.
Рисунок 3. Модель активации ЙЬЙ [85] Примечание: активация ЙЬЙ происходит в три этапа — от мономерной неактивной формы (слева) к РНК-связанной димерной форме (центральная фигура) и к конечной активной форме (справа).
Рисунок 4. Конформационные изменения молекулы RIG-1 при взаимодействии с РНК [73]
молекулу с внешней мембраной митохондрии. 1РБ-1 является частью макромолекулярного сигнального комплекса [47]. На митохондриальной мембране 1РБ-1 находится в непосредственной связи с мито-фузином 1, что позволяет считать 1РБ-1 активным участником процесса ассоциации митохондрии и эндоплазматического ретикулума, необходимого для трансдукции сигнала [12]. Адаптерная моле-
Рисунок 5. Роль LGP2 в процессе активации RLR [76]
кула IPS-1 после CARD-CARD взаимодействия с RLR в состоянии вызвать IRF-3-, IRF-7- и NF-kB-зависимую активность генов. Дефицит экспрессии IPS-1 сопровождается низким противовирусным ответом [33, 78].
Активация RIG-1 и MDA-5 вирусной дцРНК приводит к раскручиванию вирусной РНК и кон-формационным изменениям молекул RIG-1 и MDA-5, что обусловливает их взаимодействие с IPS-1 [34]. Активированный IPS-1 может взаимодействовать с несколькими сигнальными (TRAF3, TRAF6, TRADD, RIP1, FADD, RIP1 и каспазами 8—10), регулирующими и другими молекулами [31, 79, 88].
После CARD-CARD взаимодействия как с RIG-1, так и с MDA-5 протеин IPS-1 может как рекрутировать TRAF3, так и вступать во взаимодействие с TRADD (tumor necrosis factor receptor 1-associated death domain protein). Индуцированная TRAF3 обусловливает возбуждение TANK/ NAP1/SINTBAD и TBK1, которые, в свою очередь, фосфорилируют факторы транскрипции IRF-3 и IRF-7. Взаимодействие адаптерной молекулы IPS-1
Рисунок 6. Внутриклеточные молекулярные сигнальные пути RLR [82]
Рисунок 7. Регуляция активности RLR-ассоциированного возбуждения [87] Примечание: митохондриальные белки при помощи неизвестных механизмов регулируют IPS-1-опосредованный сигнал: MITA усиливает, а NLRX1 подавляет возбуждение. Активность MITA ингиби-руется RNF5-опосредованным Lys-48-связанным полиубиквитинированием. Комплекс Atg5-Atg 12, который является основным компонентом аутофа-гии, снижает активность RIG-1-ассоциированного возбуждения. TRIM25 и Riplet/RUEL независимо конъюгируют Lys-63-связанные убиквитины на молекуле RIG-1 и усиливают RIG-1-сигнал. Протеин RNF125 является ингибирующим фактором RLR-ассоциированного возбуждения IPS-1. Он способствует Lys-48-связанному полиубиквити-нированию RIG-1, MDA-5 и IPS-1, что ингибирует их деятельность. A20 и DUBA, обусловливая деу-биквитинирование TRAF6 и TRAF3, соответственно, ингибируют RIG-1-связанное возбуждение.
с TRADD активирует сигнальную цепь TRADD/ TRAF6/TRAF2/RIP1/FADD/каспаза 8-10/NEMO/ TANK/IKKa/IKKp, обусловливая активацию фактора транскрипции NF-kB (рис. 6) [35, 44, 49, 70]. Также было установлено, что рекрутирование TRADD может сопровождаться возникновением макромолекулярного комплекса, включающего в себя убиквитин E3 лигазу (паркин), TRAF3, TANK, FADD, RIP1. Данное макромолекулярное образование получило название «иннатеосома». Индуцирующие потенции иннатеосомы в отношении факторов транскрипции IRF3 и NF-kB превосходят все известные молекулярные активаторы [27]. Адаптер-ная молекула IPS-1 также обладает проапоптотиче-ским действием, так как обусловливает изменение митохондриального мембранного потенциала и активирует каспазы [65, 75].
Геликаза RIG-1 в отличие от MDA-5 взаимодействует с молекулярным стимулятором интерферо-новых генов STING, который локализован на мембране эндоплазматического ретикулума и обладает способностью индуцировать такие факторы транскрипции, как NF-kB, IRF-3 [36, 46].
После фосфорилирования и димеризации факторы транскрипции IRF транслоцируются в ядро клетки, где ассоциируются с коактиватором p300/CBP, образуя комплекс IRF/CBP/p300, и связываются с сайтом ISRE промотора ISG. Для TLR-независимого пути активации генов IFN основными факторами транскрипции являются го-модимер IRF-7/IRF-7, гетеродимер IRF-3/IRF-7
[28]. Факторы транскрипции IRF-3 и IRF-7 индуцируют синтез IFN I типа, которые активируют экспрессию сотен ISG, обусловливая продукцию протеинов с противовирусным действием, про-воспалительных цитокинов, матурацию незрелых дендритных клеток, активацию эффекторных Т-лимфоцитов [64].
Рассматривая в целом вклад RLR в продукцию IFN I типа, необходимо отметить, что активация RLR сопровождается продукцией IFN I типа эпите-лиоцитами, макрофагами, дендритными клетками, фибробластами, а основные продуценты IFN-a, которыми являются плазмацитоидные дендритные клетки (DC), продуцирующие до 90 % всего IFN-a в организме человека, реагируют не на RLR-, а на TLR-ассоциированное возбуждение. В частности, взаимодействия вирусной дцРНК с TLR-3, протеина F респираторно-синцитиального вируса — с TLR-4, вирусной оцРНК — с TLR-7 и TLR-8, CpG бактериальной и вирусной ДНК — с TLR-9 сопровождается продукцией IFN-ß [30, 45]. Также считают, что некоторые вирусные компоненты непосредственно могут связываться с cis-активными вирус-реагирующими элементами (VRE) промоторов генов IFN-ß, IFN-a и возбуждать их транскрипцию [6]. Плазмацитоидные DC играют особую роль в раннем интерфероногенезе. TLR-7 и TLR-9 чрезвычайно высоко экспрессированы в плазма-цитоидных DC. Взаимодействие вирусной оцРНК с TLR-7 и ДНК с TLR-9 приводят к немедленной активации внутриклеточных молекулярных пу-
Таблица 1. Внутриклеточные ингибиторы RLR сигнального пути [2, 37]
Ингибиторы Целевые молекулы Механизм действия Тип ингибиции
Ингибиторы RIG-I-ассоциированного возбуждения
CYLD RIG-I, TBK1 Деубиквитинирование RIG-I Ингибиция устойчивого и активного состояния
ISG15 RIG-I Секвестрация RIG-I Отрицательная обратная связь ^Ю-1)
LGP2 дцРНК, RIG-I/IPS-1 комплекс Секвестрация дцРНК, конкуренция с RIG-I, ингибиция димеризации RIG-I Отрицательная обратная связь (RLR)
Ингибиторы MDA-5-ассоциированного возбуждения
DAK MDA-5 Секвестрация MDA-5 Ингибиция устойчивого состояния (MDA-5)
Ингибиторы RIG-I и MDA-5-ассоциированного возбуждения
A20 Неизвестно Деубиквитинирование целевых протеинов Отрицательная обратная связь (RLR,
Atg5-Atg12 RIG-I, MDA-5, IPS-1 Секвестрация RLR и ^-1 Ингибиция устойчивого состояния
DUBA TRAF3 Деубиквитинирование TRAF3 Отрицательная обратная связь (RLR,
NLRX1 IPS-1 Конкуренция с RLR Ингибиция устойчивого состояния
Pin1 IRF-3 Зависимая от фосфорилирования изомеризация Отрицательная обратная связь (RLR,
SIKE TBK1и IKKe Секвестрация киназ Ингибиция устойчивого состояния (RLR,
RNF125 RIG-I, MDA-5, IPS-1 Протеосомная деградация RLR и ^-1 Отрицательная обратная связь (RLR)
тей, которые, обусловливая фосфорилирование и транслокацию фактора транскрипции IRF-7 в ядро клетки, индуцируют экспрессию гена Ш^а [10, 16, 72].
Однако плазмацитоидные DC начинают продукцию Ш^а только в том случае, если первая ма-крофагальная линия защиты исчерпывает свои возможности синтеза IFN [69].
Активация RIG-1 в Treg клетках блокирует их ингибирующую функцию [32].
Регуляция активности
^-ассоциированного
возбуждения
Ограничение продукции IFN — необходимый физиологический процесс саногенеза острых
инфекционных воспалительных заболеваний. Для осуществления ингибирования продукции IFN в макроорганизме функционирует несколько точно отрегулированных механизмов, которые предупреждают развитие хронических ассоциированных процессов.
Одним из ингибирующих регуляторов активности RIG-1 и MDA-5 является LGP2 [77, 78]. Протеин LGP2 функционирует как лигандсеквестирующий рецептор, конкурирующий с протеинами RIG-I и MDA-5 за взаимодействие с вирусной дцРНК. Таким образом, протеин LGP2 может быть не только положительным, но и отрицательным регулятором передачи сигналов возбуждения с внутриклеточных цитоплазматических геликазных рецепторов. Высокая экспрессия LGP2 подавляет избыточную
Рисунок 8. Ингибирующее действие вирусов на ЙЬЙ-ассоциированные пути возбуждения [27] Примечание: в скобках указан непосредственный эффекторный белок.
продукцию 1К№, а низкая экспрессия LGP2 способствует интерфероногенезу [37, 77].
Другие молекулярные механизмы подавления Ш^продукции: конкуренция и секвестрация RLR, секвестрация киназ, протеасомная деградация RLR и 1РБ-1, деубиквитинирование сигнальных молекул и целевых протеинов представлены в табл. 1.
Наличие такого многообразия отрицательных обратных связей точно регулирует уровень активности механизмов противовирусной защиты, предупреждая развитие как аутоиммунного процесса, так и хронического течения воспаления (рис. 7).
Рао1а М. Вагга1 и соавт. [27] представили всеохватывающий обзор, в котором показали, что вирусы, приобретя в процессе эволюции возможность синтеза особых генных продуктов, которые ингибиру-ют почти каждый шаг RLR-ассоциированного возбуждения, подавляют сенсинг РАМР, трансдукцию сигнала и активацию факторов транскрипции IRF (рис. 8).
В частности, взаимодействие продукта RIG-1 и оцРНК физически блокируется неструктурным протеином 1 вируса гриппа (N81), который в инфицированной клетке образует с протеином RIG-1 единый комплекс. А протеин V парамиксо-вирусов ингибирует функционирование MDA-5 [3, 77]. ЗСрго протеиназа пикорнавирусов, протеаза №3/4А вируса гепатита С обусловливают деградацию 1РБ-1 [20]. Протеин V парамиксовирусов способен связываться с ТВК1-1ККе и конкурировать с фактором транскрипции IRF3, таким образом предупреждая его фосфорилирование.
Заключение
RLR играют критическую роль в индукции синтеза IFN и воспаления в процессе развития вирусной инфекции. В связи с этим RLR-таргетная терапия может быть новым и перспективным направлением в лечении вирусных инфекций.
Список литературы находится в редакции Получено 18.08.13 □
Абатуров O.e.1, Волосовець О.П.2, Юл!ш е.!.3
1ДУ «Анпропетровська медична академя МЫстерства
охорони здоров'я Украни»
2Нацюнальний медичний унверситет ¡м. О.О. Богомольця, м. Ки1в
3Аонецький нацональний медичний унверситет ¡м. М. Горького
РОЛЬ RIG-nOAiBHMX РЕЦЕПТОР1В У РЕКОГНЩИ ПАТОГЕН-АСОШЙОВАНИХ МОЛЕКУЛЯРНИХ СТРУКТУР ШФЕЩЙНИХ ПАТОГЕННИХ АГЕНЛВ i РОЗВИТКУ ЗАПАЛЕННЯ. ЧАСТИНА 2. Л^АНАИ RLR i ВHУТРiШHЬOКЛiТИHHi СИГHАЛЬHi ШЛЯХИ, АСОЦМОВАЖ З RLR Резюме. В оглядi охарактеризовано механiзми y4acTi протмшв RIG-подiбних рецепторiв в регуляци процесу запалення й iмунноi вiдповiдi.
Kro40Bi слова: запалення, iнфекцiйний процес, RIG-подiбнi рецептори.
AbaturovA.E.1, Volosovets A.P.2, Yulish E.I.3
1State Institution «Dnipropetrovsk Medical Academy
of Ministry of Public Health of Ukraine»
2National Medical University named after A.A. Bogomolets,
Kyiv
3Donetsk National Medical University named after M. Gorky, Donetsk, Ukraine
THE ROLE OF RIG-LIKE RECEPTORS IN RECOGNITION OF PATHOGEN-ASSOCIATED MOLECULAR PATTERNS OF INFECTIOUS PATHOGENS AND IN DEVELOPMENT OF INFLAMMATION. PART 2. RLR LIGANDS AND INTRACELLULAR SIGNALING PATHWAYS ASSOCIATED WITH RLR
Summary. The review described the mechanisms of participation of proteins of RIG-like receptors in the regulation of inflammation and immune response.
Key words: inflammation, infection process, RIG-like receptors.
