НОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ ЕСТЕСТВЕННОГО ИММУНИТЕТА

Инфламмасома NLRP3

Инфламмасома – ранний феномен воспалительного процесса при болезнетворном воздействии, который относится к механизмам естественного иммунитета. NLRP3 относится к числу наиболее изученных инфламмасом. В аспекте структуры инфламмасома NLRP3 представляет собой высокомолекулярный протеиновый комплекс, локализующийся в цитозоле и содержащий паттерн-распознающие рецепторы, сигнальные молекулы, ферменты (включая каспазы) и другие компоненты.
Инфламмасомы были впервые описаны в 2002 г. Martinon и соавторами. В настоящее время идентифицировано около 20 инфламмасом: NLRP1-NLRP14, NLCR4/NAIP, AIM2, IFI16, CARD8 и PYRIN. Их компоненты принадлежат разным семействам паттерн-распознающих рецепторов (NLR, ALR и PYRIN), которые взаимодействуют с разными молекулярными паттернами. Например, самое многочисленное семейство NLR подразделяется на пять подсемейств (NLRA, NLRB, NLRC, NLRP и NLRX) и насчитывает в целом 23 члена. Клетками-контейнерами для возникающих инфламмасом могут служить миелоидные клетки, эпителтоциты и некоторые другие. В течение 20 лет более подробно были охарактеризованы инфламмасомы, содержащиеся в миелоидных клетках, но гораздо менее – свойства инфламмасом в немиелоидных клетках, к числу которых относятся эпителиоциты и фибробласты.
Функционирование инфламмасом подразумевает такой нисходящий эффект как развитие воспаления за счёт секреции провоспалительных цитокинов с проявлениями одного из типов клеточной смерти или без них. Но предварительно инфламмасомы должны быть активированы и структурно собраны. Процесс активации протекает в четыре стадии:

  1. Предподготовка - экспрессия главных компонентов будущей инфламмасомы и неактивных форм цитокинов после распознавания паттернов и внешних провоспалительных цитокинов;
  2. Распознавание дополнительных активационных сигналов NLR- или другими рецепторами в цитозоле;
  3. Олигомеризация – структурная сборка инфламмасомы как высокомолекулярного комплекса со всеми необходимыми компонентами;
  4. Финальная активация – включает активацию каспаз, конвертацию неактивных форм цитокинов в секретируемые активные IL-1β, IL-18 и IL-33, а также гасдермина D, ответственного за образование пор в мембране клетки-контейнера и запуск пироптоза или других возможных типов программированной клеточной смерти.

В зависимости от пути активации все инфламмасомы подразделяются на канонические и неканонические. Описаны три пути активации инфламмасом: один канонический и два неканонических:

  • Канонический;
  • Собственно неканонический;
  • Альтернативный (также является неканоническим).

При каноническом пути активации (см. рисунок ниже) происходит распознавание сигналов 1-й группы. Молекулярные паттерны PAMPs и DAMPs распознаются как TLR-рецепторами, экспрессированными на клеточной мембране, так и эндосомальными TLR-рецепторами. Начинается сигнальная трансдукция, которая включает вовлечение адапторных белков MyD88 и TRIF. Одновременно внешние цитокины TNF и IL-1 распознаются комплементарными им рецепторами с подключением данного цитокин-рецепторного взаимодействия к этому же сигнальному пути. Транскрипционные факторы AP-1, NF-κB и IRF-3 стимулируют экспрессию генов, кодирующих компоненты, имеющие отношение к структуре будущей инфламмасомы и её нисходящим эффектам (провоспалительным цитокинам). На этом стадия предподготовки заканчивается. На второй стадии происходит распознавание сигналов 2-й группы, возникающих вследствие следующих событий: ионные потоки (отток из клетки K+ и Cl- и приток Ca++), разрыв лизосом и высвобождение катепсинов, митохондриальная дисфункция и связанные с ней генерация сверхокисных радикалов (ROS) и окисление ДНК. Это приводит к третьей стадии - олигомеризации - процессу сборки инфламмасомы, а затем четвёртой: мобилизации каспазы-1, расщеплению, активации и секреции IL-1β, IL-18, IL-33, расщеплению порообразующего белка гасдермина D и, как результат, эффектам пироптоза.

При неканоническом пути активации инфламмасомы NLRP3 молекулярные паттерны взаимодействуют с TLR-рецепторами. В частности, липополисахарид (LPS) грамотрицательных бактерий распознаётся рецептором TLR4, что приводит к экспрессии интерферонов 1-го типа, а затем активации ГТФ-аз и гуанилат-связывающих белков. В результате LPS из внутриклеточно расположенных бактерий высвобождается в цитозоль. LPS активирует каспазу-4 или каспазу-5. В последующем каспазы взаимодействуют с гасдермином D, необходимым для процесса пироптоза, а каспаза-1 расщепляет незрелую форму про-IL-1β, конвертируя её в активный секретируемый цитокин IL-1β.
Описан также третий, альтернативный путь активации инфламмасомы NLRP3, способствующий становлению секреции цитокинов без мобилизации ионных потоков, участия гасдермина D и пироптоза. В ответ на LPS в отсутствии других активационных сигналов, сложный молекулярный комплекс, содержащий в своём составе каспазу-8, может запускать этот путь активации.

Аномальная неконтролируемая активация инфламмасом и мутации в их генах ассоциированы со многими болезнями человека.

©В.В.Климов