Иммунный ответ эпителия кишечника на бактерии и пути активации апоптоза

В начале процесса распознавания бактерий эпителиальными клетками в течение нескольких минут активируются NFkB, МАРК и IRF3. Появление в ядре ДНК-связывающих факторов транскрипции приводит к новой транкрипции ряда эффекторных молекул. Исследования, проводимые с помощью технологии крупномасштабного профилирования экспрессии генов, позволяют выявить транскрипцию антибактериальных пептидов, цитокинов, молекул адгезии, хемотаксических мессенджеров, антиапоптозных протеинов и метаболических энзимов, которые участвуют в уничтожении бактерий и заживлении ран.

Почти все промоторы воспалительных эффекторных генов имеют необходимые для активации NFKB-связывающие локусы. Кроме того, эффекторы, задействованные на ранних фазах воспаления, часто имеют промоторсвязывающие локусы для МАРК-активированных факторов транскрипции (cJun, CREB/ATF). Сначала эти факторы транскрипции повышают экспрессию нейтрофил-специфических хемокинов и молекул адгезии лейкоцитов. Нейтрофильная инфильтрация приводит к классическим гистологическим изменениям, характерным для острого воспаления.

Эффекторы вторичной фазы часто обнаруживают IRF-связывающие локусы на своих промоторах. Эти эффекторы индуцируют появление хемокинов, факторов роста и молекул адгезии (молекула межклеточной адгезии 1, белок хемоаттрактанта моноцитов 1), необходимых для вовлечения в процесс моноцитов.

Все это приводит к гистологическим изменениям в виде лимфоцитарной инфильтрации и образования гранулемы. Вполне вероятно, что cJun, CREB/ATF и IRF-протеины действуют в комбинации с NFkB на соответствующем промоторе для получения оптимального результата транскрипции. В итоге появление фагоцитов (иногда сопровождаемое участием иммунорегуляторных и фагоцитарных макрофагов и иммунокомпетентных лимфоцитов) ведет к уничтожению «проблемных» микроорганизмов и инициирует адаптивный иммунитет.

Ученые только начинают понимать механизмы специфичности иммунного ответа. Методики транскрипционного профилирования позволяют предположить, что бактериальные лиганды (ЛПС и ПГН) играют роль посредников в ответе, оптимальном для антибактериальной активности.

Пути взаимодействующих протеинов обозначены стрелками. Слева указаны функциональные классы ферментов.
ATF — трансмембранный фактортранскрипции;
IкВ — ингибитор каппа В;
IкК — IкВ-киназа;
IRAK — киназа, ассоциированная с рецептором IL-1;
IRF — фактор транскрипции, индуцирующий интерфероновый ответ;
МАМР — ассоциированные с микроорганизмами молекулярные паттерны;
МАРК — митоген-активируемая протеинкиназа;
МАРКК — киназа МАРК;
МАРККК — киназа киназы МАРК;
NFkB — нуклеарный фактор каппа В;
TLR — Toll-подобные рецепторы;
TRAF6 — ассоциированный с TNF фактор 6.

Вирусные сигналы (дцРНК), преобразованные с помощью TLR3 и TLR7, извлекают гены с антивирусной активностью. «Подгонка» специфического транскрипционного ответа от определенных TLR-сигналов может быть дополнена адаптерными молекулами, взаимодействующими с TIR-доменом отдельных подгрупп TLR. Необходимо также помнить, что при инфекциях in vivo конкретный микроорганизм «предлагает» несколько МАМР клетке хозяина. Кишечная микрофлора имеет как грамотрицательных (ЛПС TLR4), так и грамположительных (ПГН TLR2) представителей. Многие из них относятся к жгутиковым (TLR5), и все, вероятно, имеют CpG-ДНК (TLR9).

Эти компоненты, как предполагают, высвобождаются при гибели организма. Более того, в процессе воспалительной реакции происходит повышение экспрессии эндогенных провоспалительных медиаторов, таких как IL-1 или TNF, что активирует сложные вторичные паттерны генной экспрессии.

Поскольку патогены и другие стрессорные факторы активируют врожденные провоспалительные пути (например, NFkB), задействованные в процессе клеточного воспаления, они одновременно стимулируют проапоптозные пути (опосредованные каспазами), предположительно приводящие к элиминации инфицированной или необратимо поврежденной клетки. Апоптоз имеет характерные морфологические признаки и генетически контролируемый врожденный механизм, посредством которого конкретные клетки могут самоуничтожаться, максимально сохраняя при этом окружающие их клетки.

Апоптоз осуществляется посредством целого арсенала эффекторных цистеинил-аспартат-специфических протеаз (каспаз), которые в активном состоянии осуществляют ограниченный протеолиз множества структурных и регуляторных протеинов, таким образом эффективно и безвредно (для окружающих тканей) «демонтируя» клетку и определяя характерные для апоптоза морфологические изменения. Этот процесс тщательно регулируется. Эффекторные каспазы существуют в неактивной форме зимогена до запуска каскада противоположно действующих инициирующих каспаз. Активация каспаз может происходить несколькими путями.

В случае внутреннего пути ряд клеточных стрессорных факторов (метаболический стресс, разрушение ДНК, прекращение действия факторов роста или гормонов) приводит к проникновению митохондриального цитохрома-с в цитозоль. Данный процесс контролируется балансом между про- и антиапоптозными членами семейства Всl-2. Эти протеины могут гетеродимеризоваться друг с другом, и, как считают, относительный избыток проапоптозных членов (по сравнению с антиапоптозными) позволяет образовывать митохондри-альную «пору», через которую выходит цитохром-с.

Присутствие цитохрома-с в цитоплазме определяет образование сложной структуры, называемой апоптосомой, которая необходима для активации инициирующей каспазы-9 и последующих эффекторных каспаз. В случае внешнего пути внеклеточные события, связывающие лиганды, приводят к активации комплексов рецепторов гибели клеток. Как правило, это члены семейства TNF-рецепторов (TNF-R, FAS, TRAIL и т.д.), опосредующих сборку протеинов, несущих мотив домена смерти.

Активирующие взаимодействия обозначены стрелками, ингибирующие — линиями с ограничением.
NFkB — нуклеарный фактор каппа В.

Одним из них является TRADD (связанный с TNF-рецептором протеин домена смерти), который гомотипически взаимодействует со вторичными адаптерными протеинами, также содержащими домен смерти (например, со связанным с Fas протеином домена смерти). TRADD содержит эффекторный домен смерти (DED), который, в свою очередь, взаимодействует с протеинами, несущими DED, например с прокаспазой-8. Сборка прокаспазы-8, как считают, ведет к аутокаталитической активации каспазы-8 (согласно «модели индуцированной близости») и последующему распаду нижерасположенных эффекторных каспаз.

Благодаря недавно проведенным исследованиям стало известно, что TLR и NOD-протеины могут активировать внешний путь апоптоза и использовать большую часть той же сигнальной схемы. Эти открытия положили начало возникновению парадигмы, суть которой заключается в том, что, когда клетка сталкивается с каким-либо потенциально разрушительным для нее воздействием (микробным или физического характера, как, например, гипоксия), одновременно активируются провоспалительные и проапоптозные пути. Важно установление к настоящему времени того факта, что активация NFkB (и МАРКК) представляет собой путь выживаемости клетки. Исследования, проведенные на генетических моделях у мышей, подтвердили ключевую роль NFkB в процессе антиапоптозного контроля.

Мутантные мыши, утратившие субъединицу р65 NFkB, погибают внутриутробно из-за массивного апоптоза в тканях печени. У породы мышей, имеющих только нулевые аллели IkKb в энте-роцитах кишечника, в норме не выявляются какие-либо аномалии, но в условиях системного стресса (транзиторной ишемии кишечника) отмечается массивный апоптоз энтероцитов. Фармакологическое ингибирование NFkB, потенциального проапоптозного стимулирующего фактора, используют в качестве химиотерапевтического воздействия. Почему же активация NFkB необходима для выживаемости клетки?

Помимо индуцирования NFkB провоспалительных медиаторов его активация одновременно вызывает индукцию анти-апоптозных эффекторных протеинов (например, членов семейства Al, cFLIP, Bcl, а также ингибиторов белков апоптоза), которые нужны для блокирования апоптозного сигнала на многих контрольных этапах процесса и прерывания активации каспазы. В таких условиях апоптоз останавливается и идет процесс клеточного воспаления.

С другой стороны, в случае ослабления провоспалительного сигнала под воздействием определенных стрессорных факторов активация каспазы может иметь преимущество: активированные каспазы могут действовать по принципу отрицательной обратной связи на пути выживания, разрушая сигнальных посредников воспаления. В этих условиях происходит апоптоз подверженных стрессу клеток, которые саморазрушаются (без лизиса), уничтожая чужеродные бактерии и не вызывая вторичной воспалительной реакции.

Многочисленные микробные и вирусные патогены выделяют белки-эффекторы, подавляющие активацию путей NFkB и МАРК. Именно так действует механизм иммуносупрессии и индукции апоптоза в регуляторных клетках. В контексте клеточного стресса указанные данные заставляют быть осторожными при назначении противовоспалительных препаратов.

Активирующие взаимодействия обозначены стрелками, ингибирующие — линиями с ограничением.
DD — домен смерти;
DED — эффекторный домен смерти;
FADD — связанный с Fas протеин домена смерти;
IкК—IкВ-киназа;
IAP — ингибиторы белков апоптоза;
IRAK — киназа, ассоциированная с рецептором IL-1;
МАМР — ассоциированные с микроорганизмами молекулярные паттерны;
NFkB — нуклеарный фактор каппа В;
TLR — Toll-подобные рецепторы;
TRADD — связанный с TNF-рецептором протеин домена смерти;
TRAF6 — ассоциированный с TNF фактор 6.

Источник: http://meduniver.com