Роль RIG-подобных рецепторов в рекогниции патоген-ассоциированных молекулярных структур инфекционных патогенных агентов и развитии воспаления. Часть 1. Семейство RLR Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

Теоретична медицина / Theoretical Medicine

УДК 616.9-002-007.1:577.171.6:578.76:543.384:612.017.11 АБАТУРОВ А.Е.

ГУ «Днепропетровская медицинская академия Министерства здравоохранения Украины» ВОЛОСОВЕЦ А.П.

Национальный медицинский университет им. А.А. Богомольца, г. Киев ЮЛИШ Е.И.

Донецкий национальный медицинский университет им. М. Горького

РОЛЬ ИЭ-ПОДОБНЫХ РЕЦЕПТОРОВ В РЕКОГНИЦИИ ПАТОГЕН-АССОЦИИРОВАННЫХ МОЛЕКУЛЯРНЫХ СТРУКТУР ИНФЕКЦИОННЫХ ПАТОГЕННЫХ АГЕНТОВ И РАЗВИТИИ ВОСПАЛЕНИЯ. Часть 1. СЕМЕЙСТВО ШР

Резюме. В обзоре охарактеризовано молекулярное семейство RIG-nодобныхрецепторов. Ключевые слова: воспаление, инфекционный процесс, RIG-подобныерецепторы.

Введение

Семейство RLR

Вирусная РНК была идентифицирована как индуктор развития противовирусного ответа вскоре после открытия 1К№. В большинстве исследований, посвященных изучению триггерных свойств РНК вирусных агентов, было установлено, что двуце-почечная РНК (дцРНК) по сравнению с другими формами нуклеиновых кислот (одноцепочечной РНК и ДНК) является значительно более мощным индуктором механизмов интерферонового ответа

ми механизма внутриклеточного распознавания вирусных дцРНК являются RIG-подобные рецепторы (RLR), которые были идентифицированы в 2004 году. Семейство RLR (табл. 1) образуют продукты трех генов - RIG-I, MDA5 и LGP2 [8, 9, 50, 53, 71, 86, 87]. Гены RLR произошли от одного филогенетического прагена (рис. 1) [89].

RLR относятся к суперсемейству DEAD box 3 домена (DDX3) РНК-геликаз, которое у людей состоит более чем из 40 протеиновых представителей, выполняющих разнообразные функции в обслуживании

Таблица 1. Краткая характеристика RIG-подобных рецепторов (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez)

RLR Синонимы Хромосомная локализация гена Gene ID

RIG-I DDX58, DEAD (Asp-Glu-Ala-Asp бокс полипептид 58), DKFZp434J1111, DKFZp686N19181, FLJ13599, ATO-зависимая РНК геликаза DDX58 9 (9p12) 23586

MDA-5 IFIH1 (interferon induced with helicase C domain 1), DEAD/H (Asp-Glu-Ala-Asp/His) бокс полипептид Hlcd, геликард; геликаза с 2 CARD доменами; IDDM19, MGC133047 2 (2q24) 64135

LGP2 DHX58 (DEXH (Asp-Glu-X-His) бокс полипептид 58) D11LGP2, D11lgp2e, ATФ-зависимая РНК геликаза DHX58 17 (17q21.2) 79132

[7]. ДцРНК являются промежуточным продуктом репликации большинства вирусов, включая и ДНК-содержащие вирусы [23]. Основными компонента-

© Абатуров А.Е., Волосовец А.П., Юлиш Е.И., 2013 © «Здоровье ребенка», 2013 © Заславский А.Ю., 2013

метаболизма РНК [61]. Домен DDX3 содержит девять консервативных последовательностей, в том числе и два особенных мотива Walker A (мотив I) и Walker B (мотив II — Asp-Glu-Ala-Asp — DEAD). Мотив II DEAD и дал название данному семейству. Мотивы

Walker A содержит АТФ-связывающий сайт, который и участвует в ATФ-зависимом раскручивании нитей РНК и ДНК [19]. Sua Myong и соавт. [17] считают, что АТФазная активность лежит в основе способности RLR перемещаться по цепи дцРНК. Основной

Рисунок 1. Филогенетическое дерево DExD/H box РНК геликаз [89]

функцией РНК-геликаз является АТФ- или ГТФ-зависимое расплетение двуспиральных участков РНК. РНК-геликазы участвуют в репликации, трансляции, сплайсинге, РНК-интерференции. В процессе своего функционирования геликазы передвигаются вдоль сахарофосфатного остова нуклеиновых кислот, разрывая водородные связи. Субсемейство DEAD РНК-геликаз, по всей вероятности, обеспечивает формирование пространственной структуры РНК [41].

Внедрение в клетку вирусов сопровождается усилением экспрессии RLR в фибробластах и, в меньшей мере, в DC. Лиганд-дцРНК-индуцированная активация RLR обусловливает продукцию IFN I типа. Мыши с нокаутным геном RIG-1 погибают в эмбриональном периоде жизни или в первые недели жизни. Основной причиной смерти у них является дегенерация печени [13, 24]. В периферической крови мышей с дефектной ответной экспрессией RIG-1 на внутриклеточное внедрение вируса отмечается низкий темп прироста уровня концентрации IFN I типа [70, 71].

Показано, что распознавание вирусных дцРНК продуктами генов RIG-1 и MDA-5 является основным фактором, определяющим синтез IFN-a, который по силе интерфероногенности преобладает над потенцией TLR-зависимого сигнального пути [13, 29, 39, 80].

Общая характеристика молекулярной структуры протеинов RLR семейства

Все представители RLR семейства характеризуются наличием центрального геликазного DEAD box 3 домена (DDX3). У молекул RIG-I и MDA5 N-терминально располагаются два CARD домена, в то время как молекула LGR2 лишена данных до-

менов. Молекулы RIG-I и LGP2 в С-терминальном конце содержат регуляторный, репрессорный домен с подавленной АТФазной активностью (RD). С-терминальный домен (CTD) MDA5 структурно близок к RD (рис. 2) [73]. Исследование кристаллической структуры RD позволило установить наличие в ней цинк-связывающего сайта, образованного четырьмя цистеиновыми остатками (Cys810, Cys813, Cys864, Cys869). Цинк-связывающий сайт идентифицирован и в CTD MDA5 [68, 73].

Центральный геликазный домен DDX3 молекул RLR семейства состоит из 662 аминокислотных остатков и принимает активное участие в рекогниции и связывании вирусных дцРНК. По мнению H. Oshiumi и соавт. [51], DDX3 может быть первичным сенсором РНК в нестимулируемых клетках. D. Soulat и соавт. [74] продемонстрировали достоверно значимую роль DDX3 не только в активации TBK1, но и в индукции промотора IFN-b. Таким образом, DDX3 принимает участие во внутриклеточном сигнальном пути RLR, индуцируя продукцию IFN I типа [48]. Однако активность DDX3 домена в составе молекул RLR не коррелирует с уровнем продукции интерферона [68].

Тандемные CARD домены RIG-I, MDA5 в активном состоянии молекулы RLR, взаимодействуя с адаптерной молекулой IPS-1, индуцируют возбуждение внутриклеточных сигнальных путей [25].

С-терминальный регуляторный домен ответственен как за прикрепление к дцРНК, так и за ау-торепрессию, которая обусловлена его взаимодействием с собственными CARD доменами. Считают, что физическое взаимодействие RLR с дцРНК происходит в области цинк-связывающего сайта (802925 aa) RD [56, 73].

CARD

RIG-I

CI

C2

Взаимодействие с IPS-1

MDA5

CI

Cl]

Взаимодействие с IPS-1

LGP2

Helicase

RD

IV V VI

925 ao

АТФазная активность Геликазная активность Связывание с дцРНК

Связывание с 5ррр-оцРНК Связывание с дцРНК Ауторепрессия Димеризация

IV V VI

1025ao

АТФазная активность Геликазная активность Связывание с дцРНК

Связывание с дцРНК

М«|

678 ao

АТФазная активность Геликазная активность Связывание с дцРНК

Связывание с дцРНК Связывание с RIG-I Связывание с MDA5 Димеризация

Рисунок 2. Строение молекул ЙЮ-1, МЭЛ5, ЬйР2 и функциональное значение доменов [7] Примечание: ао — аминокислотные остатки.

Почки Миндалина Лимфоузел Тимус . Костный мозг | Надпочечник . Кора надпочечника . Обонятельная луковица .

Трахея . Слюнная железа .

Эпифиз . Фетальная печень ■ Фетальное легкое ■ Фетальная щитовидная железа ■ Матка Адипоцит ■ Панкреатический островок Поджелудочная железа Семенные канальцы Клетки Лейдига Интерстиций яичка 1 Герминативные клетки яичка 1 Яички 1

Колоректальная аденокарцинома 1 Эпителий бронха 1 Гладкая мускулатура ' Кардиомиоциты ' Лимфобластная лейкемия (М01_Т-4) ' Хронический миелолейкоз(К-562) Лимфома Беркитта (Дауди) Промиелоцитарная лейкемия (Н_-60) Лимфома Беркитта (Раджи) Щитовидная железа ' Простата Легкое Плацента СЭ 71+ранний эритроид Тонкий кишечник ' Толстый кишечник Печень Сердце Тело матки Аппендикс Яичник Ядро спинального рога ' Ресничный узел Атриовентрикулярный узел Тройничный узел Шейный узел Язык

Скелетная мускулатура Сетчатка Эпифиз (ночное время) Эпифиз (дневное время) Мозг (в целом) Миндалевидное тело Прецентральная кора Позвоночник Гипоталамус , Фетальный мозг , Таламус , Хвостатое ядро Теменная доля , Продолговатый мозг Поясная извилина Затылочная доля . Височная доля . Субталамическое ядро .

Мост Бледный шар Мозжечок Ножки мозжечка СЭ34+

СЭ105+эндотелиальный 721В-лимфобласты СЭ19+ В-лимфоциты ВЭС41+дендритные клетки СЭ8+ Т-лимфоциты СЭ4+ Т-лимфоциты СЭ56+ ЫК клетки СЭ33+ миелоидные клетки СЭ14+моноциты Цельная кровь

a

3

□

0 Median

50

_JL_

100

150

3xM

10xM

100

150

Рисунок 3. Экспрессия протеина RIG-1 (база BioGPS: http://biogps.gnf.org)

0

1G

Почки Миндалина Лимфоузел Тимус Костный озг Надпочечник Кора надпочечника Обонятельная луковица Трахея Слюнная железа Эпифиз Фетальная печень Фетальное легкое Фетальная щитовидная железа Матка Адипоцит Панкреатический островок Поджелудочная железа Семенные канальцы Клетки Лейдига Интерстиций яичка Герминативные клетки яичка Яички

Колоректальная аденокарцинома Эпителий бронха Гладкая мускулатура Кардиомиоциты Лимфобластная лейкемия (MOLT-4) Хронический миелолейкоз (K-562) Лимфома Беркитта (Дауди) Промиелоцитарная лейкемия (HL-60) Лимфома Беркитта (Раджи) Щитовидная железа Простата Легкое Плацента CD 71+ранний эритроид Тонкий кишечник Толстый кишечник Печень Сердце Тело матки Аппендикс Яичник

Ядро спинального рога Ресничный узел Атриовентрикулярный узел Тройничный узел Шейный узел Язык

Скелетная мускулатура Сетчатка Эпифиз (ночное время) Эпифиз (дневное время) Мозг (в целом) Миндалевидное тело Прецентральная кора Позвоночник Гипоталамус Фетальный мозг Таламус Хвостатое ядро Теменная доля Продолговатый мозг Поясная извилина Затылочная доля Височная доля Субталамическое ядро Мост Бледный шар Мозжечок Ножки мозжечка CD34+

CD105+эндотелиальный 721В-лимфобласты CD19+ В-лимфоциты BDC41+дендритные клетки CD8+ Т-лимфоциты CD4+ Т-лимфоциты CD56+ NK клетки CD33+ миелоидные клетки CD14+моноциты Цельная кровь

2G

3G

Median

1G

3xM

2G

3G

G

G

Рисунок 4. Экспрессия протеина MDA5 (база BioGPS: http://biogps.gnf.org)

Почки Миндалина Лимфоузел Тимус Костный мозг Надпочечник Кора надпочечника Обонятельная луковица Трахея Слюнная железа Эпифиз Фетальная печень Фетальное легкое Фетальная щитовидная железа Матка Адипоцит Панкреатический островок Поджелудочная железа Семенные канальцы Клетки Лейдига Интерстиций яичка Герминативные клетки яичка Яички

Колоректальная аденокарцинома Эпителий бронха Гладкая мускулатура Кардиомиоциты Лимфобластная лейкемия (М01_Т-4) Хронический миелолейкоз(К-562) Лимфома Беркитта (Дауди) Промиелоцитарная лейкемия (Н_-60) Лимфома Беркитта (Раджи) Щитовидная железа Простата Легкое Плацента СЭ 71+ранний эритроид Тонкий кишечник Толстый кишечник Печень Сердце Тело матки Аппендикс Яичник

Ядро спинального рога Ресничный узел Атриовентрикулярный узел Тройничный узел Шейный узел Язык

Скелетная мускулатура Сетчатка Эпифиз (ночное время) Эпифиз (дневное время) Мозг (в целом) Миндалевидное тело Прецентральная кора Позвоночник Гипоталамус Фетальный мозг Таламус Хвостатое ядро Теменная доля Продолговатый мозг Поясная извилина Затылочная доля Височная доля Субталамическое ядро Мост Бледный шар Мозжечок Ножки мозжечка СЭ34+

СЭ105+эндотелиальный 721В-лимфобласты СЭ19+ В-лимфоциты ВЭС41+дендритные клетки СЭ8+ Т-лимфоциты СЭ4+ Т-лимфоциты СЭ56+ 1\1К клетки СЭ33+ миелоидные клетки СЭ14+моноциты Цельная кровь

3

10 _J

■н

Median

3xM

—i

10

Рисунок 5. Экспрессия протеина LGP2 (база BioGPS: http://biogps.gnf.org)

Внутриклеточная локализация и экспрессия RLR

Геликаза RIG-1 локализуется возле внутренней поверхности мембраны неполяризованных клеток и находится в ассоциативной связи с F-актином цито-скелета, а MDA5 в континууме цитоплазмы клетки. Связь RIG-1 с F-актином носит физиологический характер — деполимеризация F-актина приводит к перераспределению RIG-1, активации факторов транскрипции NF-kB, IRF3 и усилению экспрессии гена IFN-P [58]. Особенности экспрессия протеинов RLR в различных тканях представлены в рис. 3—5.

Заключение

Таким образом, протеины RIG-I, MDA5 и LGP2 образуют уникальное протеиновое семейство, наиболее характерной особенностью которого является наличие DEAD box 3 домена (DDX3) с гомоло-

гичным домену РНК-геликаз строением. Домен DDX3 проявляет АТФазную активность и взаимодействует с дцРНК. Молекулы RIG-I и LGP2 в С-терминальном конце содержат регуляторный домен (RD), который участвует в регуляции RIG-I-ассоциированной сигнальной активности и имеет решающее значение в рекогниции субстрата. В N-терминальном регионе молекулы RIG-I и MDA5 содержат по два CARD домена, которых нет у молекулы LGR2, в связи с чем экспрессия LGP2 в клетках не сопровождается противовирусными эффектами. Повсеместная экспрессия протеинов RLR позволяет считать, что данное семейство участвует в противовирусной защите практически всех органов и тканей организма человека.

Список литературы находится в редакции Получено 06.06.13 □

Абатуров O.e.

A3 «Анпропетровська медична академ1я М1н1стерства охорони здоров'я Украни» Волосовець О.П.

Нацюнальний медичний ун!верситет 1м. О.О. Богомольця, м. Ки1в Юл1ш e.i.

Аонецький нацональний медичний ун!верситет 1м. М. Горького

РОЛЬ RIG-nOAiBHMX РЕЦЕПТОР1В В РЕКОГНЩИ ПАТОГЕН-АСОШЙОВАНИХ МОЛЕКУЛЯРНИХ СТРУКТУР ШФЕЩЙНИХ ПАТОГЕННИХ АГЕНЛВ i РОЗВИТКУ ЗАПАЛЕННЯ. ЧАСТИНА 1. аМЕЙСТВО RLR

Резюме. В оглядi охарактеризоване молекулярне шмей-ство RIG-подiбних рецепторiв.

Kro40BÎ слова: запалення, шфекцшний процес, RIG-подiбнi рецептори.

Abaturov A.Ye.

State Institution «Dnipropetrovsk Medical Academy of Ministry of Public Health of Ukraine» Volosovets A.P.

National Medical University named after A.A. Bogomolets, Kyiv

Yulish Ye.I.

Donetsk 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 1. RLR FAMILY

Summary. In the review a molecular family of RIG-like receptors is characterized.

Key words: inflammation, infectious process, RIG-like receptors.