Строение ИЛ-1
Гены
Продукция
Регуляция синтеза и секреции
Рецепторы
ИЛ- 18
ИЛ- 33
Заключение
Список используемой литературы
Введение
Цитокины — ключевые гуморальные факторы воспаления, необходимые для реализации защитных функций врожденного иммунитета. В развитии воспаления участвуют три группы цитокинов — воспалительные, или про- воспалительные цитокины, хемокины, колониестимулирующие факторы, а также функционально связанные факторы IL-12 и IFNγ. Цитокинам также принадлежит важная роль в подавлении и сдерживании воспалительнойреакции. К противовоспалительным цитокинам относят трансформирующий фактор роста β (TGFβ), IL-10; часто роль противовоспалительного фактора играет IL-4.
Выделяют 3 основных представителя группы провоспалительных цито- кинов — TNFα, IL-1 и IL-6; относительно недавно к ним были добавлены IL-17 и IL-18. Эти цитокины продуцируются в основном активированными моноцитами и макрофагами преимущественно в очаге воспаления. Провоспалительные цитокины могут вырабатываться также нейтрофилами, дендритными клетками, активированными В-, NK- и Т-лимфоцитами.
СЕМЕЙСТВО ИНТЕРЛЕЙКИНА-1
Семейство интерлейкина-1 (IL-1) в последние годы пополнилось несколькими новыми членами и сейчас насчитывает более 10 гомологичных цитокинов. Считается, что эволюционно все они произошли из одного древнего гена, причем вначале в результате дупликации произошло отделение гена факторов роста фибробластов (FGF), который затем дал начало генам кислого FGF и основного FGF. Все члены семейства IL-1 имеют достаточно высокую гомологию аминокислотной последовательности с FGF,а также сходное строение бета-складок в структуре белков, что подтверждает общность происхождения. Тем не менее по проявлениям биологической активности FGF во многом отличается от агонистов семейства IL-1. В настоящее время под именем <IL-1» наиболее известны 2 полипептида с молекулярной массой около 18 кда, обозначенные IL-1 α и IL- бета. Оба цитокина кодируются разными генами, но имеют гомологию в аминокислотной последовательности 26%, обладают практически одинаковым спектром биологической активности и конкурируют за связывание с одними и теми же рецепторами. Кроме того, есть третий белок со сходной структурой, имеющий примерно такую же гомологию с IL-1 α и вета, как последние между собой, и обладающий способностью специфически связываться с рецепторами IL-1 без проявления биологической активности. Конкурируя с IL-1 за один и тот же рецептор, он блокирует биологическую активность IL-1 и из-за наличия подобных свойств получил название рецепторный антагонист IL- 1» (IL-1 RA). Также достаточно полно изучен четвертый член семейства IL-18, получивший свой порядковый номер до выяснения сходства строения и биологической активности с другими цитокинами семейства IL- 1. Во избежание путаницы в названиях создана единая международная классификация, где все цитокины семейства IL- l обозначены буквой F (fami1у семейство) и порядковым номером (табл. 4.1) Члены семейства IL- 1, начиная с пятого по порядку, были открыты путем генетического анализа по принципу обнаружения генов, гомологичных генам известных цитокинов из группы IL-1. Несмотря на идентификацию нескольких таких генов и получение соответствующих рекомбинантных белков, их функции остаются неизвестными, так как эти медиаторы не повторяю биологических свойств известных членов семейства, хотя они синтезируются в организме и обнаружены в некоторых органах и тканях у человека. Со всем не давно появился еще один член семейства IL-33, активно изучаемый в последнее время.
Строение
Строение IL-1 α и IL-1 β и IL-18 синтезируются в виде предшественников с ММ окло 30 кДа, не имеющих в своем составе сигнальных пептидов или гидрофобных участков, нужных для ассоциации с клеточной мембраной и обычного пути секреции через эндоплазматический ретикулул. Предшественники этих трех цитокинов подвергаются посттрансляционному процессингу, в результате которого со стороны С-конца молекулы происходит отщепления зрелого секреторного полипептида с ММ 18 кДа. Продукты трансляции IL- 1 α и IL-1 β состоит из 271 и 269 аминокислотных остатков ММ соответственно 30606 и 30746 дальтон. На уровне нуклеотидной последовательности степень гомологии, между IL- I α и IL-1 β человека достигает 45%, а на уровне аминокислотной последовательности - 26%.В молекулах IL- I α и IL-1 β человека отсутствуют дисульфидные связи, они не содержат ионов металлов и углеводных групп, принимающих участие в формировании активного центра. Результаты изучения L- I α и IL-1 β и IL-18,IL-1 RA человека методом ренгенструктурного анализа показали, что все три молекулы имеют сходную пространственную структуру и представляют собой белковые глобулы, состящие из 12 вета- складок. Для функционирования активного центра IL- I имеет значение комформация белковой молекулы, формируемой с участием концевых аминокислот, так как удаление даже одной аминокислот N- или С конце IL- I α и IL-1 β человека изменяло его биологическую активность, а удаление ещё нескольких аминокислот приводило к полной потере способности связываться с рецепротом. Использование синтетических пептидных фрагментов аминокислотной последовательности IL- I для моделирования биологической активности привело к выводу, что ни один из таких не может полностью повторить биологическую активность и конкурированить с IL-1 за связывание с рецептором в эквимолярных концентрациях. Это об словлена двусайтовым принципом взаимодействая IL-1 с рецепторами, о чем будет сказано ниже.
Гены 1L-1
В 1984 году впервые был клонирован ген IL-1 α мышей, и вслед за этим получены две различные с DNA, кодирующие полипептиды, соответствующие IL- 1 α и IL-1 β человека. При изучении структуры генов IL- 1 выяснено, что так же, как и у многих других семейств генов, число и распределение экзонов свидетельствуют о поразительной консервативности структурной организации. Оба гена предшественников IL-1 состоят из 7 экзонов, первые из которых содержат большую часть нетранслируемой 5' лидерной последовательности, тогда как 3' нетранслируемая последовательность находится в экзоне 7. У человека бол ьши нст-во генов семейства IЕ-1 находятся в составе 2-й хромосомы. На основании анализа структуры генов, показавшего сходство их организации в отношении числа и положения границ экзонов, высказано предположение, что ген IL-1 β произошел из гена IL- 1 α путем дупликации DNA с помощью обратной транскриптазы около 350 миллионов лет назад. По-видимому, подобный механизм дупликации справедлив и в отношении происхождения исхождения гена IL- IRA IL -18, также имеющих высокую степень IL- 1 и сходную структурную организацию.
Продукция IL- 1
IL- 1 является индуцибельным белком, синтез которого начинается и ответ на внедрение микроорганизмов либо повреждение тканей и необходим для развития местного воспаления и осуществления всего комплекса защитных реакций, именуемых острофазовым ответом. Индукция синтеза IL- 1 может быть вызвана целым рядом биологически активных веществ, главными из которых являются компоненты клеточных стенок бактерий: липолисаха-риды (LPS) и пептидогликаны. Практически все структурные компоненты
Микроорганизмов индуцируют экспрессию гена и синтез IL- 1 посредством
Взаимодействия с группой Толл-подобных рецепторов (TCR).Минимальной структурой бактериальных пептидогликанов, активирующей продукцию IL- 1, является мурамилдипептид, способный в ряде экспериментальных моделей вызывать сравнимую с LPS продукцию IL- 1. Среди различных видов пептидогликанов и аналогов мурамилдипептипа Функция индукции синтеза IL- 1 коррелирует с их адъювантными свойствами.
Основными клетками-продуцентами и главными источниками IL- 1 в организме являются моноциты и макрофаги, а также клетки, имеющие с макрофагами общее происхождение, например, купферовские клетки в печени, клетки Лангерганса в эпидермисе и клетки микроглии. Продуцировать IL- 1 могуг также фибробласты, Т- и В- лимфоциты, NK-клетки, кератиноциты, клетки эндотелия, нейтрофильные лейкоциты и другие клетки.При адекватной стимуляции in vitro зкспрессия ядерных клеток организма, однако не все они секретируют IL- 1, равной мере, а в некоторых типах клеток по неизвестным причинам вообще не происходит трансляция mRNA либо отсyтствует механизм, обеспечивающий секрецию биологически активного IL- 1.
В продукции IL- 1 принимают участие до 90% моноцитов периферической крови человека и до 40-60% тканевых макрофагов. Доля клеток, вовлеченных в процесс синтеза IL- 1 зависит от дозы индуктора. Она прямо пропорциональна концентрации LPS и коррелирует с уровнем секреторного IL- 1, определяемого в кондиционированной клетками культурaльной среде. После активации клеток-продуцентов и экспрессии генов IL- 1 происходят последовательные взаимосвязанные этапы появления mRNA, внутриклеточного белка с последующей секрецией биологически активного IL- 1 в окружающую среду.Однако некоторые индукторы синтеза IL- 1, например С5а-компонент комплемента, вызывают прохождение только этапа транскрипции с накоплением mRNА, которая далее быстро подвергается деградации без последующей трансляции. Диссоциация процессов транскрипции и трансляции описана и при стимyляции клеток некоторыми другими индукторами либо при прикреплении моноцитов к пластику. Эти процессы регулируются независимо и могут в ряде случаев быть не связаны между собой.
Несмотря на гомологию в аминокислотной последовательности, похожую структурную организацию и практически одинаковую биологическую активность IL- 1 α и IL-1 β, регуляция их синтеза и секреции кардинально различается, как будто это совершенно разные вещества со своими уникальными функциями. Промотор гена IL- 1 α не имеет ТАТА участка, тогда как этот участок, характерный для индуцибельиых белков, есть в промоторной области гена IL-1 β. Регуляторные участки промоторной зоны гена IL-1 β расположены в нескольких районах в пределах нескольких тысяч пар оснований от сайта инициации транскрипции. Там находятся энхансерные участки,отвечающие действие цАМФ, а также ядерных факторов транскрипции.Кинетика накопления mRNA для IL- 1 α и IL-1 β различается. Стимуляция моноцитов человека LPS приводит к быстрому появлению mRNA IL-1 β, уровень которой достигает максимума через 3- 4 часа, тогда как содержание mRNA для IL- 1 α достигает максимума к 10-12 часам после стимуляции. У человека IL-1 β является главной формой секреторного IL- 1,что объясняется соотношением уровней экспрессии генов IL- 1 в виде мембранной формы. У мышей,напротив, стимулированны макрофаги продуцируют главым образом IL- 1 α и гораздо меньшие количества IL-1 β, т. е. у мышек главной формой секретируемого клетками IL- 1 служит IL- 1 α.
Регуляция синтеза и секреции IL- 1 α.
Предшественник IL- 1 α может быть фосфорилирован по аминокислотному остатку 90, находящемуся в С-концевой части молекулы, отщепляющейся при образовании формы белка. Поэтому IL- 1 α может связыватьсв1 с цитозольными белками и достигать мембраны, проделывая такой же путь, как в случае рециклирования рецепторов. Этим обусловлено его заякоривание на мембране клеток и экспрессия в виде мембранной формы.Предположение о существовании мембранной формы IL- 1 было связано с экспериментальными данными о том, что фиксированные макрофаги, а также выделенные мембраны макрофагов стимулируют IL- 1 зависимую пролиферацию Т-лимфоцитов и эта активность нейтрализуется антителами к IL- 1 α.
Биологический смысл существования мембранной формы IL- 1, по-видимому, заключается в создании наиболее эффективной системы передачи активирующих сигналов от макрофагов к Т-лимфоцитам, а возможно, и другим клеткам, способным взаимодействовать с макрофагами посредством межклеточного контакта. Практически весь IL-1 α остается внутри клетки или связанным с мембраной. Вероятно, биологически активный предшественник IL-1 α может выполнять функцию регулятора экспрессии различных генов не выходя из цитоплазмы клеток, так как после синтеза он обнаруживается не только в цитоплазме и в составе клеточной мембраны, но и непосредственно в ядрах клеток, где может прямо взаимодействовать с DNA или с пока неустановленными ядерными регуляторными молекулами. IL-1 α частично может по являться во внеклеточном пространстве в виде зрелой формы, которая может образовываться путем воздействия внеклеточных протеолитических ферментов, способных расщеплять предшественник IL-1 α. Таким образом,IL-1 α может выполнять, по крайней мере, 3 функции: внутриклеточный регулятор, растворимый биологически активный цитокин и мембранная форма – из которых последняя, видимо, является основным вариантом выполнения- IL-1 α своих биологических функций в организме человека.
Фермент IL- 1 конвертаза (каспаза-1)
IL-1 β и IL-18, в отличие от IL- 1 α, активно секретируются клетками человека в окружающию среду. В настоящее время открыт фермент IL- 1 конвертаза, превращающий как предшественник IL-1 β, так и предшественник IL-18 в зрелые биологически активные секреторные формы с ММ около 18 кДа. IL- 1-конвертаза или каспаза-1, является сериновой протеазой и представляет собой гетеродимер, состоящий из двух различных полипептицных цепей с ММ 10 и 20 кДа. Данный фермент обнаружен в макрофагах и макрофагоподобных клетках. Он специфичен в отношении IL- и IL-18 и не действует на предшественник IL- 1 α. В случае IL-1 β расщепление полипептидной цепи молекулы предшественника происходит между аминокислотными остатками аспарагина (116) и аланина (117).
IL-1-конвертаза является не единственным ферментом, способным расщеплять предшественник IL- 1. Через мембранные каналы из клетки может выходить как зрелая форма, так и непроцессированный предшественник IL-1 β. Показано, что ряд протеолитических внеклеточных ферментов, таких как химотрипсин, эластаза, протеиназа-3 и некоторые другие, способны расщеплять IL-1 β в области тех же аминокислотных остатков после выхода предшественника из клетки. Кроме того, существует возможность расщепления в другой области с образованием биологически активной формы с ММ 22 кДа, но это встречается гораздо реже. Важно, что в отличие от предшественника IL- 1 α, имеющего одинаковую со зрелой формой биологическую активность, предшественник IL-1 β на несколько порядков уступает в активности зрелой форме. Поэтому постгрансляционный процессинг с образованием зрелой формы с ММ 18 кДа является обязательным условием для формирования биологически активного IL- 1 α.
IL-1-конвертаза и родственные ферменты играют существенную роль в активации процесса апоптоза клеток, и это еще раз указывает на древнее происхождение системы IL- 1 и его связь с ключевыми процессами биологии клетки. На сегодняшний день нет однозначных данных о прямой связи продукции IL-1 β с индукцией апоптоза, так как у IL- 1 -конвертазы есть еще ряд субстратов. Скорее, экспериментальные данные свидетельствуют о стилмyляции под влиянием IL- 1 функциональной активности клеток и блокировании естественного процесса программированной клеточной гибели.
Регуляция синтеза и секреции IL-1 β и IL-18 секретируются клетками- продуцентами не по классическому пути белковой секреции. Для обоих цитокинов, а также и для недавно открытого члена семейства IL-1 — IL-33, образование биологически активных секреторных форм проходит сходным образом. Биологически неактивная молекула предшественника сначала накапливается в цитозоле,а затем перемещается в специализированные лизосомы, где находится неактивная форма IL- 1 –конвертазы(каспазы-1) - прокаспаза- 1.Далее происходит активация прокаспазы-1 с образованием биологически активного фермента под влиянием нескольких цитоплазматический белков, формирующих так называемую инфламосому.Инфламасома не являетсявнутриклеточной органеллой, а представляет собой, скорее, функциональное образование из нескольких белков. Прежде всего, это внутриклеточные цитоплазматические белки, распознающие патоген-ассоциированные молекулярные паттерны и относящиеся к группе внутриклеточных паттерн распознающих рецепторов, цитоплазматических NOD-подобны к рецепторов(NOD-like гесерtоrs, NLR, известных также под названием CATERPILLER proteins). В их число входят цитоплазматические белки NОD1, иначе называемый также CАRD4 по своему главному функциональному домену, и NOD2 (другое название САRD15), цитоплазматические белки из группы NALP и некоторые другие. В данном случае LRR представляет собой участок взаимодействия с патоген-ассоциированными молекулярными паттернами.
Внутриклеточные NLR,как мембранные Toll-like receptors(TLR) взаимодействуют смолекулярными структурами микроорганизмов, что при-водит к активации двух принципиально важных путей внутриклеточного сигналинга:
l) активация транскрипционного фактора NFкВ, его транслокация в ядро и запуск экспрессии генов цитокинов семейства IL-1 и других провоспалительны х цитокинов;
2) активация внутриклеточных белков, входящих в состав инфламмасомы, приводящая к образованию биологически активной каспазы-1.
Каспаза-1 расщепляет предшественник IL-1 β в результате чего формируется биологически активный зрелый, готовый к секреции IL-1 β, который высвобождается из секреторных лизосом в межклеточное пространство. Процессинг и секреция IL-1 β находятся в зависимости от активности мембранного нуклеотидного рецептора Р2Х7, связывающего внеклеточный АТФ и обеспечивающего выход калия из клетки.
Гиперэкспрессия ит рецептора Р2Х7 приводит к увеличению секреции зрелого IL-1 β, тогда как его отсутствие нарушает продукцию цитокина Таким образом, для оптимальной активации каспазы-1, процессинга предшественников цитокинов семейства IL- 1 и секреции их биологически активтых форм требуется два сигнала. Первый сигнал генерируется при взаимодействии компонентов патогена с мембранными или внутриклеточными паттерн-распознающими рецепторами, а второй обеспечивается и при активации мембранных рецепторов Р2Х7 (рис. 4.1).
Мишенями IL-1 потенциально могут быть любые клетки организма. В наибольшей степени его действие затрагивает эндотелиальные клетки, все виды лейкоцитов, клетки хрящевой и костной тканей, синовиальные и эпите лиальные клетки, многие разновидности нервных клеток. Под влиянием IL-1 происходит индукция экспрессии больше 100 генов; с его участием реализу- ется больше 50 различных биологических реакций. Основные эффекты IL-1 вызывают эмиграцию лейкоцитов и активацию их фагоцитарной и бактери- цидной активности. Они влияют также на свертывающую систему и сосудис- тый тонус, определяя особенности гемодинамики в очаге воспаления. IL-1 оказывает многоплановое действие на клетки не только врожденного, но и адаптивного иммунитета, обычно стимулируя проявления и того, и другого.
IL-1 обладает множеством системных эффектов. Он стимулирует выра- ботку гепатоцитами белков острой фазы, при действии на центр терморе- гуляции гипоталамуса вызывает развитие лихорадки, участвует в развитии системных проявлений воспалительного процесса (например, в недомога- нии, снижении аппетита, сонливости, адинамии), что связано с действием IL-1 на ЦНС. Усиливая экспрессию рецепторов для колониестимулирующих факторов, IL-1 способствует усилению гемопоэза, с чем связано его радио- защитное действие. IL-1 стимулирует выход из костного мозга лейкоцитов, в первую очередь нейтрофилов, в том числе незрелых, что приводит к появ- лению при воспалении лейкоцитоза и сдвигу лейкоцитарной формулы влево (накопление незрелых форм клеток). Эффекты IL-1 влияют на вегетативные функции и даже на высшую нервную деятельность (изменение поведенчес- ких реакций и т.д.). Мишенями IL-1 могут быть также хондроциты и осте- оциты, с чем связана способность IL-1 вызывать разрушение хряща и кости при их вовлечении в воспалительный процесс и наоборот, гиперплазия патологических тканей (паннус при ревматоидном артрите). Повреждающее действие IL-1 проявляется и при септическом шоке, повреждении суставов при ревматоидном артрите и ряде других патологических процессов.
Дублирование IL-1 эффектов бактериальных продуктов связано с по- требностью в многократном воспроизведении активирующего эффекта пато- генов без их диссеминации. Микроорганизмы стимулируют только клет- ки, находящиеся в непосредственной близости от места проникновения, прежде всего локальные макрофаги. Затем тот же эффект многократно воспроизводится молекулами IL-1β. Выполнение IL-1 указанной функции облегчается экспрессией их рецепторов почти всеми клетками организма при активации (происходит прежде всего в очаге воспаления).
Рецепторы IL- 1
Известно 3 типа рецепторов для IL- 1 α и IL-1 β, обозначаемых как рецепторы IL- 1 I типа и II типа (IL- 1 RI и IL- 1 RII), гены которых расположены, как и гены IL- 1, на 2-й хромосоме у человека,и акцессорнный белок рецептора IL-1. Клетки мыши и человека экспрессируют рецепторы, связывающие IL- 1 α и IL-1 β человека, а также IL- 1 α мыши с равной аффинностью, что подтверждает отсутствие видовой специфичности биологического действия IL- 1. Рецепторы IL- 1 уникальны и не имеют аналогов среди других цитокинов. Они относятся к суперсемейству иммуноглобулиноподобных рецепторов и состоят из 4 доменов. Все три рецепторных белка экспрессируются клетками конститутивно, но их число может увеличиваться под влиянием целого ряда бактериальных индукторов, цитокинов, гормонов и других биологически активных веществ.
Рецепторы IL-1 I типа имеют ММ 80 кда и экспргссируются главным образом на Т-лимфоцитах, фибробластах, кератиноцитах, хондроцитах, гепатоцитах, эндотелиальных и синовиальных клетках. Количество рецепто-ров I типа, экспрессируюгдихся на различных клетках, очень мало и обычно не превышает 200-300 на одну клетку. Аффинность связывания IL-1 состав-ляет 10-1 1 М, и для передачи сигнала достаточно экспрессии всего лишь около 10 рецепторов на клетку.Внеклеточная часть рецептора I типа состоит из 3 доменов, из которых 2 внешних ответственны за связывание с молекулой IL-1, при этом одна молекула рецептора связывает одну молекулу IL-1.Рецепторы IL-1 I типа имеют достаточно больную цитоплазматическую часть, представленную одним из доменов молекулы. В рецепторах IL-1 I типа подобный домен отсутствует цитоплазматическая часть состоит и из очень короткого участка последовательности.
Эти различия согласуются с ролью, выполняемой двумя типами рецепторов IL-1 в передаче сигнала. Если рецепторы I типа служат для передачи сигнала, то рецепторы II типа существуют исключительно для связывания IL-1. Биологическое действие IL-1 может быть заблокировано только моно-клональными антителами к рецептору I типа, но не антителами к рецептору II типа. Так, knockotlt мыши, дефицитные по гену рецептора I типа полностью лишены возможности отвечать на действие IL- l, а индукция синтеза ядерного фактора транскрипции NFкВ происходит только при взаимодействии I L-1 с рецепторами I типа. Очевидно, рецептор II служит для блокады биологических эффектов,связанных гиперпродукцией IL-1. Из-за подобных свойств рецептор IL-1 II типа получил название рецептора- ловушки. Рецепторы IL-1 II типа с ММ 68 кДа экспрессируется в основном на В-лимфоцитах, макрофагах, лейкоцитах и клетках головного мозга. Так же, как и рецепторы I типа они имеют 3 внеклеточных домена обоих, причем внеклеточная часть обоих типов имеет 28% гомологии аминокислотной последовательности. На некоторых типах клеток, в частности на В-лимфоцитах, могут одновременно экспрессироваться рецепторы и I и II типа.
Роль негативного регулятора, выполняемая рецептором IL-1 II, подтверждается еще и тем, что главным образом этот тип рецептора существует в виде растворимой формы, причем концентрация рецепторов II типа увеличивается в сыворотке крови, моче и синовиальной жидкости при тяжелых воспалительных заболеваниях,сепсисе, обострении ревматоидного артрита, т.е. при тех состояниях, где повышен уровень и самого IL-1, играющего важную роль в патогенезе данных заболеваний. Рецептор I типа, а именно его внеклеточная часть, также может существовать в виде растворимой формы, но его концентрация обычно в 10 и более раз ниже концентрации рецептора II типа.
Замена отдельных аминокислотных остатков в молекулах IL-1 с помощью сайт-специфического мутагенеза привела к обнаружению в составе их последовательности аминокислот, утрата которых критична для взаимодействия с рецептором. Такие аминокислоты находятся в разных областях последовательности IL-1, но при формировании третичной пространственной структуры концентрируются в виде двух зон, принимающих участие во взаимодействии с рецептором. Удивительными оказались результаты подобного анализа молекулы IL-1RA, где удалось обнаружить присутствие только одного из двух участков, найденных в молекулах IL-1RA. Отсутствие одной из описанных зон, видимо, сохраняет способность IL-1RA высоко аффинно связываться с рецептором, но лишает его возможности обеспечить конформационные изменения рецепторного комплекса и передачу сигнала внутрь клетки, как это происходит в случае двухсайтового связывания IL- 1 α или IL-1 β, хотя аффинность связывания с рецептором у IL-1RA нисколько не ниже, чем у функционально активных молекул IL-1. IL-1RA способен высокоаффинно связываться с рецепторами IL-1, конкурируя с агонистами в эквимолярных концентрациях, но он совершенно лишен возможности проведения сигнала даже при многократном избытке по сравнению IL- 1.
Рецептор IL-1 I типа и акцессорный белок формирует типичную для цитокинов высокоаффинную двухсайтовую систему лиганд-рецепторного взаимодействия. Связывание У компонентами рецептор торного взаимодействия. Связывание IL-1 с двумя компонентами рецепторного комплекса приводит к конформационными изменениями и гетеродимеризации внутриклеточных дометов двух рецепторных субъединиц IL-1 и началу непосредственно внутриклеточного этапа передачи сигнала. В теченик первых 5 минут после связывания IL-1 с рецептором в клетках наблюдается каскад событий, связанных с активацией различных внутриклеточных систем. В первую очередь димеризация внутриклеточных доменов
приводит к рекрутированию адаптерной молекулы МуD88, нужной для привлечения киназ семейства IRAK. Взаимодействие IL-1 с рецептором приводит к быстрой ассоциации IRAK с внутриклеточной частью рецептора и аутофосфорилированию по остаткам серина и треонина. В этом процесе участвуют аминокислотные остатки 513-520, расположенные в цитоплазматической части рецептора IL-1 I типа. Делеция различных аминокислот из этого участка ведет к утрате способности IL-1 активировать NFкB и увеличивать продукцию клетками IL-2 и IL-8.
Первой активируется киназа IRAK4, а затем IRAK 1, которая, в свою очередь,взаимодействует с внутриклеточным фактором TRAF6, активирующим ферменты семейства МАР-киназ: ТАК 1, затем JNK. Далее происходит активация киназ IКК- α и IКК- β, приводящая к фосфорилированию и деградации ингибиторного белка IкВ с освобождением димера NFкВ и его транслокацией в ядро. NFкВ прямо связывается с промотерными участками целого ряда генов молекул, активирующих и регулирующим развитие воспалительной реакции, включая гены цитокинов. На определенных этапах описанного каскада происходит активация и других транскрипционных факторов, в частности АР-1, представленного двумя компонентами -- с-jun и с-fos, которые, в свою очередь, стимулируют синтез целого ряда молекул, вовлеченных в регуляцию воспалительной ре- акции. Под действием IL-1 в клетках происходит активация протеинкиназы С, гидролиз ГТФ, активация и увеличение уровня аденилат-циклазы, вы-. брос церамида, гидролиз фосфолипидов с высвобождением арахидоновой кислоты с помощью фосфолипазы А2 и продукция простагландина Е2 (ПГЕ2). Общая схема функционирования рецепторного комплекса IL-1 представлена на рис. 4.2. В настоящее время дискутируется, как соотносятся между собой описанные пути передачи сигнала, приводящие в конечном итоге к активации ядерных факторов транскрипции, существует ли между ними тесная взаимосвязь либо они функционируют независимо. Важно, что данный внутриклеточный сигнальный механизм во многом однотипно функционирует и при активации клеток через TCR.
Взаимосвязь рецепторов семейства IL-1 и TCR
первыми обнаружили, что внутриклеточные участки TCR имеют высокую степень гомологии с аналогичным участком рецептора IL-1. Внутриклеточные части TCR. и рецепторов IL-1 имеют поразительное сходство также и в пространственной организации, формируя одинаковые домеены, названные TIR (To1l-IL-1 Receptor) домеами. Далее выяснилось, что оба типа рецепторов используют одинаковые внутриклеточные сигнальные пути для активации воспалительной реакции. Более того, и другие цитокикы семейства IL-1, например IL-18, имеют рецепторы, устроенные аналогичным образом: уникальные экстраклеточные участки, распознающие только специфичные лиганды и гомологичные внутриклеточные части, представленные TIR- доменом. TIR- домен является эволюционно очень древнем участком последовательности, который присутствует в рецепторах клеток не только позвоночных и беспозвоночных, но даже растений, где он также участвует в выполнении защитных функций.
TLR ответственны за активацию синтеза провоспалительных цитокинов семейства IL-1,TN F и др. Вслед за взаимодействием TLR со специфическим лигандов, например LPS,запускается программа передачи, внутриклеточного сигнала активации, который полностью повторяется при передаче сигнала от рецептора IL-1, благодаря наличию одинаковых ТIR-доменов. По сути,семейство молекул IL-1 использует тот же путь активации клеток,как и при первичном распознавании патогенов ТLR и это нужно для уселения сигнала к развитию защитной воспалительной реакции (рис. 4.3),LPS, пептидогликаны,зимозан и другие компоненты клеточных стенок различных микроорганизмов запускает синтез IL-1 и ряда других провоспалительных цитокиновв макрофагах. В свою очередь, IL-1 способен вызвать продукцию тех же провоспалительных цитокинов и самого себя.
Анализ строения TLR- 4 и рецепторного комплекса IL-1 подтверждает, что это не случайно. IL-1 практически повторяет все биологические эффекты LPS как на местном, так и на системном уровне. Однако TLR- 4 экспрессируется главным образом на клетках моноцитарно-макрофагального ряда, тогда как рецепторы IL-1 обнаружены на многих типах клеток, находящихся в различных органах. Это подтверждается и спектром биологической активности IL-1, включающей активацию кроветворения, всех типов клеток иммунной системы, эндокринной системы и ЦНС. Последние данные по изучению роли TCR в развитии защитных реакций позволяют предположить, что IL-1 служит не просто медиатором действия LPS и других РАМР в организме, но и является амплификатором развития защитных реакций, используя частично гомологичные рецепторы и полностью идентичные внутриклеточные сигнальные системы.
Для IL-1 характерно, что ответ клеток на его действие развивается при наличии минимального числа занятых специфических рецепторов и крайне низких концентрации лиганда. Тем не менее после формирования высокоаффинного комплекса IL-1 с рецептором I типа и акцессорным белком рецептора происходит процесс значительной амплификации сигнала с участием цитоплазматических тирозин-киназ,подвергающихся многократному фосфорилированию. Плейотропный тип биологического действия IL-1 про-является начиная с молекулярного внутриклеточного уровня. Даже несмотря на минимальное число экепрессируемых рецепторов и исчезающие пикомолярные концентрации самого IL-1 запускается клеточный ответ, что в конечном счете ведет к экспрессии генов около 100 цитокинов, гормонов, ферментов, ростовых факторов, других биологически активных веществ и их рецепторов.