Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.


Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.

 

"Child`s Health" 5 (48) 2013

Back to issue

Роль NOD-подобных рецепторов в рекогниции патоген-ассоциированных молекулярных структур инфекционных патогенных агентов и развитии воспаления. Часть 4. Протеины NLR семейства, участвующие в регуляции процесса воспаления и иммунного ответа

Authors: 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

Sections: Specialist manual

print version


Summary

В обзоре охарактеризованы механизмы участия протеинов NLR семейства в регуляции процесса воспаления и иммунного ответа.

В огляді охарактеризовано механізми участі протеїнів NLR родини у регуляції процесу запалення й імунної відповіді.

The survey described mechanisms for participation of NLR family proteins in the regulation of process of inflammation and immune response.


Keywords

воспаление, инфекционный процесс, NOD-подобные рецепторы.

запалення, інфекційний процес, NOD-подібні рецептори.

inflammation, infection process, NOD-like receptors.

Введение

В последнее время установлено, что протеины семейства NLR активно участвуют в регуляции воспалительного процесса. Так, было показано, что NLRP10 обладает способностью ингибировать процессинг прокаспазы-1 и NF-kB-зависимое возбуждение; NLRP5 ингибирует NF-kB-зависимое возбуждение; протеин PYRIN подавляет процессинг прокаспазы-1 и активирует фактор транскрипции NF-kB; белки NLRP2, NLRP3, NLRP4, NLRP7, NLRP11, NLRP12 оказывают ингибирующее действие на фактор транскрипции NF-kB и активирующее — на процессинг прокаспазы-1; NLRC1/NOD1 и NLRC2/NOD2 индуцируют NF-kB-зависимое возбуждение, а NALP6 является активатором как фактора транскрипции NF-kB, так и процессинга прокаспазы-1 [3]; протеин NLRX1 ингибирует RLR-ассоциированное внутриклеточное возбуждение продукции IFN-b [16].

Ингибитор ASC- и NF-kB-ассоциированного возбуждения

NLRP10

Протеин NLRP10 (NALP10; PAN5; NOD8; PYNOD; CLR11.1) состоит из 655 аминокислотных остатков и содержит в N-терминальном конце PYD, а в C-терминальном конце — NACHT-NAD без LRR повторов. Протеин NLRP10 ингибирует как процессинг прокаспазы-1, так и возбуждение ­NF-kB [3].

Ингибитор NF-kB-ассоциированного возбуждения

NLRP5

Протеин NLRP5 (NALP5; PYPAF8; MATER (Maternal Antigen That Embryos Require), PAN11; CLR19.8) состоит из 1200 аминокислотных остатков, экспрессируется исключительно в ооцитах и играет ключевую роль в первых дроблениях клеток мóрулы, способен к ингибированию активности фактора транскрипции NF-kB [3, 25].

Ингибитор ASC- и активатор NF-kB-ассоциированного возбуждения

Протеин PYRIN

Протеин PYRIN, или marenostrin (от лат. Mare Nostrum — Средиземное море), кодируется геном MEFV и состоит из 781 аминокислотного остатка. Вторичная структура молекулы PYRIN организована пятью доменами: PYR доменом (остатки 1–95); bZIP базовым доменом (остатки 266–280); доменом цинкового пальца B-box (остатки 375–407); a-спиральным доменом (нам-катушкой) (остатки 408–594); B30.2 (PRYSPRY) доменом (остатки 598–774). Каждый домен выполняет определенные функции: PYD связывается с адаптерной молекулой ASC через ­PYD-PYD взаимодействия и существенно ограничивает как формирование инфламмасом, так и активацию каспазы-1; bZIP базовый домен и смежные последовательности взаимодействуют с p65 и IBa соответственно; домен цинкового пальца B-box и домен нам-катушки непосредственно взаимодействуют с белком PSTPIP1 (proline serine threonine phosphatase-interacting protein 1); B30.2 (PRYSPRY) домен взаимодействует с каспазой-1 и Siva (рис. 1) [4].

Протеин PYRIN экспрессируется дендритными клетками (DC), моноцитами, нейтрофилами, эозинофилами, фибробластами кожи, брюшины и синовиальной оболочки. В данных клетках, исключая моноциты, PYRIN локализуется в ядре клетки. Экспрессия PYRIN моноцитами индуцируется действием LPS, IFN-a, TNF-a [4].

В процессе регуляции активностью каспазы-1 ведущую роль играет C-терминальный домен B30.2, в сайте кодирования которого находится большинство мутаций, ассоциированных с семейной средиземноморской лихорадкой (FMF) [18]. Однако значение протеина PYRIN в процессе воспаления в настоящее время определено неоднозначно. Известно, что PYRIN ингибирует активацию каспазы-1. Так, домен B30.2 физически взаимодействует с каталитическими доменами каспазы-1, каспазы-5, про-IL-1 и связывается с основными инфламмасомообразующими протеинами — NLRP1, NLRP2, NLRP3, ингибируя активацию и секрецию IL-1F2/IL-1b [20]. Взаимодействуя через PYD-PYD взаимодействия с адаптерной молекулой ASC, PYRIN существенно ограничивает формирование инфламмасом и активацию каспазы-1 [4]. Однако Je-Wook Yu и соавт. [12] показали, что молекула PYRIN является цитоплазматическим рецептором PSTPIP1. Гомодимеры молекул PYRIN не обладают функциональной активностью, так как PYD инактивирован B-box. Взаимодействие домена цинкового пальца B-box молекулы PYRIN с SH3/coiled-coil доменом протеина PSTPIP1 высвобождает PYD, и последний приобретает возможность рекрутировать адаптерную молекулу ASC, что приводит к олигомеризации молекул ASC с последующей активацией каспазы-1 (рис. 2).

Мутации гена PSTPIP1, которые обусловливают синтез протеинов с более высоким аффинитетом к белку PYRIN, сопровождаются развитием аутовоспалительного синдрома пиогенного стерильного артрита, гангренозной пио­дермии и акне (Pyogenic sterile Arthritis, Pyoderma gangrenosum, and Acne — PAPA) [12]. Andrea L. Waite и соавт. [14] показали, что протеин PSTPIP1 обусловливает изменение пространственной локализации PYRIN, приближая его к местам нахождения молекул ASC. Структурно протеин PSTPIP1 близок к белку PSTPIP2/MAYP (macrophage actin-associated tyrosine-phosphorylated protein), мутации гена которого приводят к развитию многоочагового остеомиелита, клинико-морфологически похожего на синдром хронического рецидивирующего мультифокального остеомиелита (chronic recurrent multifocal osteomyelitis — CRMO) [1].

Представитель PCH (Pombe Cdc15 homology) семейства цитоплазматический протеин PSTPIP1 обеспечивает связь между PEST фосфатазами и их субстратами, а также формирует тубулярные филаментные структуры в цитоплазме клетки, которые отвечают за мембранно-цитоскелетные взаимоотношения [13]. PSTPIP1 активно экспрессируется гемопоэтическими клетками. В Т-лимфоцитах PSTPIP1 обеспечивает взаимодействие поверхностной молекулы CD2 с актин-связывающим белком синдрома Wiskott-Aldrich, формируя комплексную связь мембранного рецептора с актином цитоскелета клетки и развивая организацию «иммунологического синапса» [13]. Его участие в мембранно-цитоскелетных взаимодействиях нейтрофилов определяет их миграционные способности. Экспрессия протеина PSTPIP1 снижает напряжение трансферринового обмена и активность эндоцитоза [5].

Протеин PYRIN участвует и в регуляции активности фактора транскрипции NF-kB. Его N-терминальный регион, отщепленный каспазой-1, обладает мощным индуцирующим действием на ­NF-kB, облегчая ядерную транслокацию p65 и увеличивая деградацию IkBa, но полная форма молекулы PYRIN ингибирует NF-kB [4].

Активаторы ASC- и ингибиторы NF-kB-зависимого возбуждения

NLRP2

Протеин NLRP2 (NALP2; PYPAF2; NBS1; PAN1; CLR19.9) состоит из 1062 аминокислотных остатков и содержит N-терминальный PYD, центральные NACHT-NAD и в С-терминальном конце 8 мотивов LRR. Наиболее выраженная экспрессия NALP2 отмечается в макрофагах, моноцитах, гранулоцитах и в тканях легкого, плаценты, тимуса. Индукторами экспрессии и продукции протеина NLRP2 являются IFN I и II типа, TNF-a, LPS [11, 24]. Протеин NLRP2 является активатором прокаспазы-1 и, так же как NLRP3, NLRP4, NLRP5, NLRP10, ингибитором фактора транскрипции ­NF-kB, в связи с чем мутации его гена могут сопровождаться развитием аутовоспалительных и аутоиммунных заболеваний [6].

NLRP4

Протеин NLRP4 (NALP4; PYPAF4; PAN2; RNH2; CLR19.5) состоит из 994 аминокислотных остатков и содержит в N-терминальном конце PYD, в центральной области — NACHT-NAD и в C-терминальном конце — 8 повторов LLR. Данный протеин обладает ингибирующим действием на фактор транскрипции NF-kB и активирующим действием на процессинг прокаспазы-1 [7, 24].

NLRP7

Протеин NLRP7 (NALP7/PYPAF3) состоит из 980 аминокислотных остатков, молекула которого содержит PYD, NACHT-NAD и повторы LRR. Данный белок экспрессируется во всех тканях человека, исключая ткани сердца, головного мозга и скелетных мышц. Протеин NLRP7 ингибирует процессинг про-IL-1b и прокаспазы-1, непосредственно взаимодействуя с данными молекулами, секвестируя их от целевого протеолитического процесса. Взаимодействуя PYR доменом с Fas-ассоциированным фактором, протеин NLRP7 активирует апоптоз и ингибирует активацию фактора транскрипции ­NF-kB. Протеин NLRP7 является важнейшим регулятором биологических процессов в эмбриональном периоде развития. Мутации его гена сопровождаются семейной формой пузырного заноса [21].

NLRP12

Протеин NLRP12/Monarch-1, состоящий из 1061 аминокислотного остатка, первоначально идентифицированный как продукт гена клеток лейкемической линии HL60, экспрессия которого индуцирована действием монооксида азота. NLRP12/Monarch-1 экспрессируется моноцитами, гранулоцитами и особенно интенсивно эозинофилами [8, 16]. Показано, что LPS, пептидогликан (Pam3Cys), Mycobacterium tuberculosis ингибируют на 60–80 % экспрессию NLRP12/Monarch-1 в моноцитах и гранулоцитах. Также TNF и IFN подавляют продукцию NLRP12/Monarch-1 [8]. Протеин NLRP12 в клетках моноцитарной линии предотвращает возбуждение как канонического, так и неканонического пути возбуждения фактора транскрипции NF-kB. Известно, что индукция канонического пути активации ­NF-kB происходит практически незамедлительно после возбуждения TLR рецепторов, обусловливая продукцию IL-1F2/IL-, IL-6 и TNF, и зависит от деятельности IKK-b. В то время как индукция неканонического альтернативного пути активации ­NF-kB происходит значительно медленнее и зависит от ­NF-kB-индуцирующей киназы (NIK), которая, расщепляя р100, высвобождает активную форму р52, обладающую способностью индуцировать транскрипцию множества провоспалительных генов, в том числе IL-6, TNF, CXCR4, CXCL12 и CXCL13. Протеин NLRP12, предотвращая фосфорилирование IRAK-1 и усиливая деградацию NIK, ингибирует как TLR-ассоциированную, так ­TNF-ассоциированную активацию фактора транскрипции NF-kB (рис. 3).

Монооксид азота, по всей вероятности, является компонентом механизма обратной связи PPR-ассоциированного возбуждения, так как в процессе развития воспаления он активирует экспрессию протеина NLRP12/Monarch-1, обладающего ингибирующим действием [8, 16].

Активатор ASC- и NF-kB-зависимого возбуждения

NLRP6

Протеин NLRP6 (NALP6; PYPAF5 (PYRIN-containing Apaf-1-like proteins); PAN3; CLR11.4), состоящий из 892 аминокислотных остатков, молекула которого состоит из N-терминального PYD, центральных NACHT-NAD и C-терминального домена, содержащего не менее четырех мотивов LRR. Протеин NLRP6 является активатором как фактора транскрипции NF-kB, так и процессинга прокаспазы-1. Было показано, что первичным субстратом для NLRP6 является адаптерная молекула ASC. Активация NF-kB протеинам NLRP6 осуществляется только при дефиците экспрессии ASC [7, 24].

Ингибитор NLR-ассоциированного возбуждения

NLRX1

Протеин NLRX1 (NOD9, CLR11.3) состоит из N-терминального домена, который содержит митохондриально-целевую последовательность и два трансмембранных региона, центральные NACHT-NAD и C-терминальный домен с повторами LRR. Данный белок является единственным представителем NLR семейства, который локализуется на внешней мембране и матриксе митохондрий. Детальная физиологическая роль данного протеина остается не ясной. По мнению Patrick J. Shaw и соавт. [16], протеин NLRX1 ингибирует RLR-ассоциированное внутриклеточное возбуждение механизмов продукции IFN-b, непосредственно взаимодействуя NACHT доменом с адаптерным протеином IPS-1/MAVS [10]. NLRX1 усиливает продукцию АКМ митохондриями, так как было установлено, что он может взаимодействовать c митохондриальным матриксным протеином UQCRC2 комплекса III цепи переноса электронов. Протеин UQCRC2 является интегральным компонентом bc1 комплекса, который образован из 11 субмодулей и ответственен за передачу электронов к акцепторному цитохрому С [2]. Таким образом, протеин NLRX1 способен выполнять противоположные по физиологической сущности функции: с одной стороны, он ингибирует противовирусную защиту, препятствуя взаимодействию RIG-1 и MDA5 с адаптерной молекулой IPS-1/MAVS, с другой — способствует генерации АКМ, которые обладают противовирусным и антибактериальным действием (рис. 4) [9].

Анализируя результаты двух исследований, которые подчеркнули данною дилемму, Etienne Meylan и Jörg Tschopp [9] предположили, что действие протеина NLRX1 зависит от функционального состояния клетки. Так, в физиологическом состоянии клетка NLRX1 ингибирует непосредственную активацию IPS-1, но в ответ на активацию RLR вирусной РНК NLRX1 отстраняется от адаптерной молекулы IPS-1, предопределяя возбуждение RLR/IPS-1-зависимого пути продукции IFN I типа и NF-kB-ассоциированной продукции провоспалительных цитокинов. Освобожденная активированная молекула NLRX1, используя N-терминальную адресную последовательность импорта, транспортируется через TOM-TIM (транслоказы внешней и внутренней мембраны) комплекс в митохондрию. В митохондриальном матриксе под влиянием митохондриальных процессинговых пептидаз, отщепляющих от молекулы NLRX1 первые 39 аминокислотных остатка, происходит «созревание» протеина NLRX1, обусловливая его взаимодействие с UQCRC2 и последующую генерацию АКМ [2].

Протеин NLR семейства, участвующий в регуляции процессинга антигена

CIITA

Протеин CIITA, состоящий из 1130 аминокислотных остатков, является базовым представителем NLR семейства, первоначально был идентифицирован как критический транскрипционный фактор, необходимый для конститутивной и индуцибельной экспрессии антигенов II класса главного комплекса гистосовместимости. Протеин CIITA также активирует экспрессию генов HLA-DM и инвариантной цепи (Ii) антигенпрезентирующими клетками, которые участвуют в процессинге антигена [22]. Экспрессия CIITA носит как конститутивный, так и индуцибельный характер. Иммуноциты экспрессируют протеин CIITA конститутивно. Основным фактором, стимулирующим продукцию CIITA, является IFN-. В настоящее время показано, что протеин CIITA, помимо регуляции экспрессии антигенов II класса главного комплекса гистосовместимости, участвует в регуляции транскрипционной активности и посттрансляционной модификации более чем 60 протеинов, в том числе коллагена 1-го типа, IL-4, ­IL-10, E-катепсина, матриксной металлопротеазы-9, плексина, SUMO2, FasL, скавенджера рецептора CD36. Протеин CIITA играет важную роль в развитии рака, атеросклероза, энцефалита, энцефаломиелита, кардита, фиброза легких [15, 17, 23].


Bibliography

1. A missense mutation in pstpip2 is associated with the murine autoinflammatory disorder chronic multifocal osteomyelitis / P.J. Ferguson, X. Bing, M.A. Vasef, L.A. Ochoa, A. Mahgoub, T.J. Waldschmidt, L.T. Tygrett, A.J. Schlueter, H. El-Shanti // Bone. — 2006. — Vol. 38, № 1. — P. 41-47.

2. An N-terminal addressing sequence targets NLRX1 to the mitochondrial matrix / D. Arnoult, F. Soares, I. Tattoli, C. Castanier, D.J. Philpott, S.E. Girardin // J. Cell. Sci. — 2009. — Vol. 122, Pt. 17. — P. 3161-3168.

3. Anti-Inflammatory Activity of PYNOD and Its Mechanism in Humans and Mice / R. Imamura, Y. Wang, T. Kinoshita, M. Suzuki, T. Noda, J. Sagara, S. Taniguchi, H. Okamoto, T. Suda // J. Immunol. — 2010. — Vol. 184, № 10. — P. 5874-5884.

4. Chae J.J., Aksentijevich I., Kastner D.L. Advances in the understanding of familial Mediterranean fever and possibilities for targeted therapy // Br. J. Haematol. — 2009. — Vol. 146, № 5. — P. 467-478.

5. Cooper K.M., Bennin D.A., Huttenlocher A. The PCH family member proline-serine-threonine phosphatase-interacting protein 1 targets to the leukocyte uropod and regulates directed cell migration // Mol. Biol. Cell. — 2008. — Vol. 19, № 8. — P. 3180-3191.

6. Fontalba A., Gutierrez O., Fernandez-Luna J.L. NLRP2, an inhibitor of the NF-kappaB pathway, is transcriptionally activated by NF-B and exhibits a nonfunctional allelic variant // J. Immunol. — 2007. — Vol. 179, № 12. — P. 8519-8524.

7. Functional screening of five PYPAF family members identifies PYPAF5 as a novel regulator of NF-kappa B and caspase-1 / J.M. Grenier, L. Wang, G.A. Manji, W.J. Huang, A. Al-Garawi, R. Kelly, A. Carlson, S. Merriam, J.M. Lora, M. Briskin, P.S. DiStefano, J. Bertin // FEBS Lett. — 2002. — Vol. 530, № 1–3. — P. 73-78.

8. Lich J.D., Ting J.P. Monarch-1/PYPAF7 and other CATERPILLER (CLR, NOD, NLR) proteins with negative regulatory functions // Microbes Infect. — 2007. — Vol. 9, № 5. — P. 672-676.

9. Meylan E., Tschopp J. NLRX1: friend or foe? // EMBO. — 2008. — Vol. 9, № 3. — P. 243-245.

10. Moore C.B., Ting J.P. Regulation of mitochondrial antiviral signaling pathways // Immunity. — 2008. — Vol. 28, № 6. — P. 735-739.

11. PAN1/NALP2/PYPAF2, an inducible inflammatory mediator that regulates NF-kappa B and caspase-1 activation in macrophages / J.M. Bruey, N. Bruey-Sedano, R. Newman, S. Chandler, C. Stehlik, J.C. Reed // J. Biol. Chem. — 2004. — Vol. 279, № 50. — P. 51897-51907.

12. Pyrin activates the ASC pyroptosome in response to engagement by autoinflammatory PSTPIP1 mutants / J.W. Yu, T. Fernandes-Alnemri, P. Datta, J. Wu, C. Juliana, L. Solorzano, M. McCormick, Z. Zhang, E.S. Alnemri // Mol. Cell. — 2007. — Vol. 28, № 2. — P. 214-227.

13. Pyrin binds the PSTPIP1/CD2BP1 protein, defining familial Mediterranean fever and PAPA syndrome as disorders in the same pathway / N.G. Shoham, M. Centola, E. Mansfield, K.M. Hull, G. Wood, C.A. Wise, D.L. Kastner // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 2003. — Vol. 100, № 23. — P. 13501-13506.

14. Pyrin Modulates the Intracellular Distribution of PSTPIP1 / A.L. Waite, P. Schaner, N. Richards, B. Balci-Peynircioglu, S.L. Masters, S.D. Brydges, M. Fox, A. Hong, E. Yilmaz, D.L. Kastner, E.L. Reinherz, D.L. Gumucio // PLoS One. — 2009. — Vol. 4, № 7. — P. e6147.

15. Regulating the activity of class II transactivator by posttranslational modifications: exploring the possibilities / X. Wu, X. Kong, L. Luchsinger, B.D. Smith, Y. Xu // Mol. Cell. Biol. — 2009. — Vol. 29, № 21. — P. 5639-5644.

16. Shaw P.J., Lamkanfi M., Kanneganti T.-D. NOD-like receptor (NLR) signaling beyond the inflammasome // Eur. J. Immunol. — 2010. — Vol. 40, № 3. — P. 595-653.

17. SIRT1 links CIITA deacetylation to MHC II activation / X. Wu, X. Kong, D. Chen, H. Li, Y. Zhao, M. Xia, M. Fang, P. Li, F. Fang, L. Sun, W. Tian, H. Xu, Y. Yang, X. Qi, Y. Gao, J. Sha, Q. Chen, Y. Xu // Nucleic Acids Res. — 2011. — Vol. 39, № 22. — P. 9549-9558.

18. Structure of the PRYSPRY-domain: implications for autoinflammatory diseases / C. Grutter, C. Briand, G. Capitani, P.R. Mittl, S. Papin, J. Tschopp, M.G. Grutter // FEBS Letters. — 2006. — Vol. 580, № 1. — P. 99-106.

19. The familial Mediterranean fever protein, pyrin, is cleaved by caspase-1 and activates NF-B through its N-terminal fragment / J.J. Chae, G. Wood, K. Richard, H. Jaffe, N.T. Colburn, S.L. Masters, D.L. Gumucio, N.G. Shoham, D.L. Kastner // Blood. — 2008. — Vol. 112, № 5. — P. 1794-1803.

20. The SPRY domain of Pyrin, mutated in familial Mediterranean fever patients, interacts with inflammasome components and inhibits proIL-1beta processing / S. Papin, S. Cuenin, L. Agostini, F. Martinon, S. Werner, H.D. Beer, C. Grutter, M. Grutter, J. Tschopp // Cell Death Differ. — 2007. — Vol. 14, № 8. — P. 1457-1466.

21. Three-dimensional structure of the NLRP7 pyrin domain: insight into pyrin-pyrin-mediated effector domain signaling in innate immunity / A.S. Pinheiro, M. Proell, C. Eibl, R. Page, R. Schwarzenbacher, W. Peti // J. Biol. Chem. — 2010. — Vol. 285, № 35. — P. 27402-27410.

22. Ting J.P., Trowsdale J. Genetic control of MHC class II expression // Cell. — 2002. — Vol. 109, Suppl. — P. S21-33.

23. Tosi G., Bozzo L., Accolla R.S. The dual function of the MHC class II transactivator CIITA against HTLV retroviruses // Front Biosci. — 2009. — Vol. 14. — P. 4149-4156.

24. Tschopp J., Martinon F., Burns K. NALPs: a novel protein family involved in inflammation // Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. — 2003. — Vol. 4, № 2. — P. 95-104.

25. Wu X. Maternal depletion of NLRP5 blocks early embryogenesis in rhesus macaque monkeys (Macaca mulatta) // Hum. Reprod. — 2009. — Vol. 24, № 2. — P. 415-424.


Back to issue