Учебно-методическое пособие Минск, бгму 2010
|
|
Скачать 0.61 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА МИКРОБИОЛОГИИ, ВИРУСОЛОГИИ, ИММУНОЛОГИИ Д. А. Черношей, Е. Ю. Кирильчик, Т. А. Канашкова Распознавание в системе врожденного иммунитета Учебно-методическое пособие Минск, БГМУ 2010УДК 576.8.097.31 (075.8) ББК 28.707.4я73 4-49Рекомендовано Научно-методическим советом университета в качестве учебно-методического пособия 24. 06. 2009 г., протокол № 10.^Р е ц е н з е н т ы: руководитель научной группы «Иммунология» ЦНИЛ Белорусского государственного медицинского университета, канд. биол. наук О.В. Петракова, доц. кафедры иммунологии Международного государственного экологического университета им. А.Д. Сахарова, канд. мед. наук, доц. Т.Р. Романовская
УДКББК
Список сокращений и терминов
Распознавание в системе врожденного иммунитета Введение С  истема врожденного иммунитета представляет собой совокупность молекул, клеток и связанных с ними реакций и феноменов, которые защищают наш организм непосредственно во время повреждающего воздействия и после него. Подавляющее большинство факторов системы врожденного иммунитета наследуются, постоянно присутствуют в тканях организма в необходимом количестве и (или) легко мобилизуются из депо (костный мозг и др.), сразу готовы к действию. Как правило, защитные свойства врожденной системы иммунитета реализуются через острую воспалительную реакцию, которая связана с активацией сосудистого эндотелия и клеток-фагоцитов (преимущественно нейтрофилов) в месте повреждения.С  истема врожденного иммунитета является единственной у растений и беспозвоночных животных. У позвоночных системы врожденного и приобретенного иммунитета сосуществуют в тесном взаимодействии, регулируя и усиливая друг друга: в процессе немедленной защиты организма система врожденного иммунитета приводит в действие и управляет развитием приобретенного иммунного ответа. В свою очередь, приобретенный иммунный ответ оптимизирует и усиливает/фокусирует реакции системы врожденного ответа.Идея о существовании распознавания в системе врожденного иммунитета не нова, однако только в конце 20 века благодаря развитию молекулярно-генетического подхода и накоплению новых данных о взаимодействии рецепторов на иммунокомпетентных клетках с их микробными лигандами стала возможной переоценка теории работы врожденного иммунитета и иммунной системы в целом. Значительную роль в развитии современной теории иммунной системы сыграли работы Чарлза Джэнуэя предложившего концепцию «Инфекционного чужого» (1989). В дальнейшем на этой основе были разработаны теории «Иммунологической опасности» и «Повреждения» Полли Мацингер (1994, 2004). 1. Распознавание микробов гуморальными факторами врожденного иммунитета 1.1. Факторы плазмы крови Коллектины Коллектины это семейство гликопротеинов, представляющих собой поливалентные полимерные комплексы, обладающие сродством к углеводам микробов. Коллектины распознают широкий спектр инфекционных агентов и функционируют как паттерн-распознающие молекулы. К семейству коллектинов относят маннозосвязывающий лектин, С1q компонент комплемента и сурфактантные протеины легких (SP-A и SP-D). В  Рисунок 1. Маннозо-связывающий лектин (MBL). них различают коллагеновую часть и концевой лектиновый домен. С помощью коллагеновой области они связываются с белками крови или рецепторами фагоцитов (сС1qR, кальретикулин), а с помощью лектиновых доменов – с определенными углеводами микробной поверхности, отсутствующими у млекопитающих. Связав микробы, коллектины способствуют их прикреплению и поглощению клетками организма. Для эффективного поглощения апоптических клеток и других частиц необходимо участие молекулы CD91 (LRP1) – белка для липопротеинов низкой плотности, рецептора эндоцитоза и рецептора α-макроглобулина. Другой важнейшей функцией коллектинов является активация системы комплемента. *α-2-макроглобулин (МГ) синтезируется главным образом в печени и является важнейшим фактором защиты соединительной ткани от деструктивного воздействия эндогенных протеиназ. Способность образовывать комплексы со всеми известными в настоящее время протеиназами позволяет говорить о нем как о «панингибиторе». Элиминируется МГ через существующие на клетках универсальные рецепторы эндоцитоза — LRP-рецепторы. Белок транспортирует биологически активные соединения и регулирует их связывание со специфическими рецепторами клеток, что сообщает ему свойства универсального иммунорегулятора. Наиболее изученным протеином этого класса является маннозосвязывающий лектин (mannose-binding lectin, MBL) - белок острой фазы, синтезируемый печенью под воздействием цитокинов воспаления (рис.1). Структурно и функционально маннозосвязывающий лектин подобен С1q компоненту комплемента. MBL – является олигомером или тримером, каждая субъединица содержит коллаген-подобный домен и углевод-распознающий домен С-лектинового типа. Маннозосвязывающий лектин распознает углеводы (содержащие остатки маннозы, фруктозы и N-ацетилглюкоз-аминогликаны) на поверхности микробов (в том числе грамотрицательных бактерий, микобактерий), грибов, дрожжей, некоторых паразитов и вирусов. С MBL ассоциированы сериновые протеазы (MASP 1 и 2), которые родственны C1r и C1s классического пути активации комплемента. При их активации происходит расщепление компонента комплемента С3, что запускает каскад активации комплемента по лектиновому пути. Помимо роли в активации системы комплемента, MBL действует как опсонин. Также MBL распознает собственные поврежденные клетки и участвует в их удалении. ^ являются олигомерными углевод-связывающими протеинами, регулирующими опсонизацию, фагоцитоз и агглютинацию микроорганизмов в пределах респираторного тракта (рис.2). Локализация этих протеинов в респираторном тракте позволяет им действовать как факторам “первой линии защиты” против ингаляционных патогенов. SP-A действует как опсонин, увеличивая эффективн  ость фагоцитоза макрофагами. Активность SP-D ограничена связыванием патогенов. Сурфактантные белки способны распознавать и связывать терминальные олигосахариды многих микроорганизмов (M. tuberculosis).Рисунок 2. Сурфактантные протеины легких. Фиколины Фиколины - мультивалентные распознающие молекулы микробных и апоптотических поверхностей (через тримерный лиганд-связывающий домен). L-фиколин и H-фиколин являются сывороточными протеинами, в то время как М-фиколин является секреторным протеином, продуцируемым клетками легких и крови. Структура (молекулярная масса 420 kDa) фиколина имеет полуоткрытый вид по сравнению с компактно сложенной структурой C1q, и широко открытой структурой карбогидрат-распознающего домена MBL. N-терминальная коллагеновая область, подобно коллектинам, отвечает за связывание MASP (MBL-associated serine protease). Фиколины способны активировать комплемент по лектиновому пути, а также действуют как опсонины. Общие патоген-ассоциированные молекулярные мишени L-фиколина включают липотейхоевые кислоты и пептидогликан. L-фиколин связывает Г+бактерии, такие как Streptococcus and Staphylococcus, но могут также распознавать определенные липополисахариды грамотрицательных бактерий, глюканы грибов, гликопротеины вируса гриппа А, ацетилхолин, эластин и ДНК. Сывороточная концентрация L-фиколина у здоровых взрослых и детей в пределах 1 -12 мкг/мл (в среднем 3 - 6 мкг/мл). Пентраксины Пентраксины являются суперсемейством высоко консервативных в эволюционном плане протеинов, характеризующихся циклической мультимерной, обычно пентамерной, структурой. Это семейство подразделяется на 2 субкласса, в зависимости от длины и структуры молекул. Классические короткие пентраксины, такие как С-реактивный белок (СРБ) и амилоидный белок сыворотки крови являются острофазными протеинами: они продуцируются в печени в ответ на воспалительные сигналы (IL-6) и осуществляют защитные реакции на системном уровне. С-реактивный белок связывает фосфорилхолин клеточной стенки ряда грамположительных бактерий (например, С-белок пневмококков) и одноклеточных грибов, способствуя их фагоцитозу (т.е. является опсонином); активирует комплемент путем взаимодействия с коллагеноподобной частью C1q комплемента. Амилоидный белок А распознает и связывает протеин А клеточной стенки Г-отрицательных бактерий. Первым представителем длинных пентраксинов, идентифицированным на данный момент, является PTX3. Это 45-kDa гликозилированный протеин, отличающийся от коротких пентраксинов наличием длинного N-терминального домена (178 аминокислот) с малоизученной функцией. C-терминальный (203-аминокислоты) домен РТХ3 вовлечен в активацию комплемента через взаимодействие с C1q. PTX3 высвобождается мононуклеарными фагоцитами, дендритными клетками, эндотелиальными и эпителиальными клетками в ответ на первичные воспалительные сигналы (связывание ТПР, TNFα и IL-1β) и обеспечивает локальный защитный эффект. РТХ3 распознает и связывает конидии Aspergillus fumigatus, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella typhimurium, Paracoccidioides brasiliensis, а также апоптотические клетки. ^ ЛПС-связывающий протеин (LBP) синтезируется гепатоцитами и представляет собой типичный белок острой фазы. Так, если в нормальной сыворотке концентрация LBP составляет только 0.5-10 мкг/мл-1, то при системном воспалении его концентрация возрастает до 50 мкг/мл- 1. Основной функцией LBP является регулирование уровня ЛПС в крови и обеспечение сигнального взаимодействия ЛПС со специфическими мембранными рецепторами клеток миелоидного ряда CD 14 и Толл-подобным рецептором 4 (ТПР4) (рис.3).  Рисунок 3. Схема распознавания и клиренса ЛПС. ЛПС связывается с LBP. Образующийся комплекс доставляется к мембранному CD14 (mCD14) и транспортируется к ТПР4. Связывание ТПР4 приводит к активации сигнальных механизмов и реализации биологической активности ЛПС. ЛПС в крови связывается и транспортируется липопротеинами высокой плотности с последующей нейтрализацией в печени. ^ Натуральные антитела являются факторами врожденного иммунитета, направленными против антигенов тканей различных видов животных, бактерий, грибов и простейших. Антигенная специфичность натуральных антител связана, как правило, с углеводными детерминантами, в норме отсутствующими у людей. Так, специфичность антител Пауля-Буннеля связана с N-ацетилнейраминовой и N-гликолилнейраминовой кислотами, антител Хангануциу-Дейчер – с N-гликолилнейраминовой кислотой, антител к антигену Форсмана – с N-ацетилгалактозамином. Наиболее изученная к настоящему времени популяция естественных антител - анти-Gal – направлена против карбогидратного эпитопа со структурой Galα-1-3Galβ1-(3)4GlcNAc-R (alpha-Gal эпитоп). Предполагается, что анти -Gal антитела последовательно продуцируются иммунной системой для контроля интестинальной и легочной бактериальной флоры, которая экспрессирует  Gal эпитоп.^ Альтернативный путь активации системы комплемента является своего рода «скорой помощью», которая включается в работу сразу же после попадания в организм таких веществ, как бактериальные полисахариды, липополисахариды Г-бактерий, которые после связывания с C3b при участии пропердина, факторов В и Д, активируют комплемент. Бета-лизин – антибактериальный белок тромбоцитов - связывается с грамположительными бактериями и вызывает их гибель. ^ Белок, повышающий проницаемость мембран (BPI) BPI является высококатионным протеином с молекулярной массой около 55 kDa. Он принадлежит к семейству протеинов, способных специфически связывать биологически активные сайты молекулы ЛПС, существенно изменяя его активность. Аминокислотная последовательность BPI на 45% гомологична ЛПС-связывающему протеину. Weiss и коллегами было показано, что BPI присутствует в азурофильных гранулах нейтрофилов, позже была описана экспрессия BPI на поверхности нейтрофилов, моноцитов, в гранулах эозинофилов и фибробластов. BPI является молекулярным щитом слизистых поверхностей против грамотрицательных бактерий и эндотоксинов. Его антибактериальный эффект опосредован высокоаффинным связыванием липида А в структуре ЛПС. N-концевая часть молекулы важна для антибактериальной и эндотоксин-нейтрализующей функции, а структуры, необходимые для опсонизации бактерий, локализуются на С-концевой части. Ранний эффект BPI на клеточную стенку грамотрицательных бактерий (гидрофобное взаимодействие между протеином, ЛПС и фосфолипидами, приводящее к повышению проницаемости клеточной мембраны) увеличивается при участии дефензинов и кателицидинов, а поздние эффекты связаны с комплементом и гидролизом бактериальных фосфолипидов, что приводит к гибели бактериальной клетки. ^ ПРП-Iα and -Iβ являются секретируемыми протеинами с прямой бактерицидной активностью против патогенных и непатогенных Г-положительных бактерий, за исключением бактерий нормальной флоры. С-терминальный пептидогликан-связывающий домен ПРП связывает и гликановую и пептидную часть пептидогликана и, в определенных случаях, гидролизирует его. Растворимый ПРП разрушает клеточную мембрану путем связывания и лизиса пептидных мостиков в пептидогликане. ПРП селективно экспрессируется в тканях, контактирующих с внешней средой, таких как ротовая полость, интестинальный тракт и кожа. Растворимый ПРП, содержащийся в гранулах полиморфноядерных лейкоцитов, оказывает прямое бактерицидное действие против Г- и Г+бактерий. Лизоцим Лизоцим, важнейший компонент врожденного иммунитета, известный со времен А. Флеминга (1922), синтезируется широким кругом организмов, включая грибы, простейших, растения, позвоночных и непозвоночных млекопитающих и даже бактериофаги. У человека лизоцим содержится в слюне, грудном молоке, респираторных секретах, а также в клетках естественного иммунитета, таких как нейтрофилы, моноциты, макрофаги и эпителиальные клетки. Его активность связана с расщеплением β-(1,4) гликоцидной связи между N-ацетилмурамовой кислотой и N-ацетилглюкозамином пептидогликана, что вызывает деградацию пептидогликана и лизис клетки. Большинство Г-отрицательных бактерий не чувствительны к лизоциму, поскольку строение их клеточных мембран предохраняет от попадания фермента в пептидогликановый слой. Однако эта преграда может быть преодолена путем продукции сопутствующих антибактериальных протеинов, нарушающих проницаемость клеточной мембраны. Некоторые природные лизоцимы, такие как лизоцим куриного яйца, активны против Г-отрицательных бактерий в отсутствие подобных веществ. ^ Антимикробные пептиды (АМП) являются важным компонентом врожденного иммунитета с широким спектром противомикробной активности и представляют собой первую линию защиты от микроорганизмов. Продукция антимикробных пептидов повышается в результате взаимодействия структур микробов с ТПР, что сопровождается интенсивным образованием провоспалительных цитокинов. Наиболее изученными на сегодняшний момент являются гистадины, лактоферрицин, дефензины и 18-kDa человеческий катионный антимикробный протеин hCAP18 (кателицидин LL-37). Дефензины – антимикробные пептиды врожденного иммунитета, функционирующие через неспецифическое связывание анионных фосфолипидов в бактериальных мембранах. Альфа и бета- дефензины содержатся у человека в гранулах нейтрофилов, макрофагов, НК-клеток, интестинальной и эпителиальной ткани, кожи, слизистых (респираторный, урогенитальный тракт), в биологических жидкостях. Экспрессия дефензинов может быть конституциональной (например, hBD-1 во многих тканях), или индуцибельной (например hBD-2, который экспрессируется моноцитами в ответ на ЛПС или бактериальную инвазию). Дефензины находятся в гранулах в форме препептидов, для превращения их в активные пептиды требуется протеолитический процессинг. Механизм антибактериального действия дефензинов включает (1) связывание с анионными группами, локализованными снаружи бактериальной мембраны (2) формирование агрегатов внутри и (3) формирование пор. Изучение дефензинов не подтвердило наличия специфичности к определенной мембранной мишени, они действуют против бактерий, сложных вирусов, и грибов. Однако дефензины не атакуют собственные клетки, поскольку анионные фосфолипиды представлены только в прокариотических клетках. ^ Другие малые катионные пептиды, которые действуют на патогенные бактерии и грибы, также вызывают нарушение проницаемости мембраны и потерю внутриклеточного АТФ. Однако эта группа пептидов имеет более значительное действие на мембрану, которое включает потерю большего числа внутриклеточных молекул в дополнение к АТФ (таблица 1).
^ В ходе выполнения основных функций фагоциты распознают соответствующие объекты и обладают для этого набором необходимых рецепторов (табл.2). Таблица 2. Основные функции фагоцитов
Система врожденного иммунитета использует для распознавания объектов не-клональные (не уникальные) рецепторы, распознающие структуры (РРС), которые распознают структуры, специфические для микроорганизмов основных классов (PAMPS). ^ Микроорганизмы, наиболее часто вызывающие заболевания у человека, относятся к вирусам, бактериям, грибам, простейшим и червям. Вещества (структуры), присущие микроорганизмам определенных типов используются системой врожденного иммунитета как объекты для распознавания
^ Таблица 3. Основные группы РРС фагоцитов
^ ТЛР появились около 500 миллионов лет назад и участвовали одновременно в процессах эмбриогенеза и активации клеток системы врожденного иммунитета (фагоциты) (табл.4). Поверхностный рецептор Toll регулирует вентральную поляризацию эмбриона дрозофил и одновременно отвечает за устойчивость мух к инфекционным заболеваниям. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
отлично
1
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям