Формирование сигнальных путей, опосредованное через активацию рецепторов для цитокинов

25.10.2015

Формирование индуцируемых цитокинами сигнальных путей принципиально не отличается от таковых, описанных выше (рис. 10.4). В результате действия цитокинов образуется рецепторный кластер, состоящий из двух или большего числа рецепторных молекул, конформационные изменения которых индуцируют образование сигнала, передаваемого внутрь клетки через цитоплазматические регионы клеточного рецептора. В целом этот путь, активируемый цитокинами, именуется сигнальным путем Jak-STAT. Однако строение репторного аппарата разных семейств цитокинов характеризуется особенностями, обусловленными отличиями в деталях молекул, участвующих в проведении сигнала.

Формирование сигнальных путей, опосредованное через активацию рецепторов для цитокинов

Формирование сигнального пути Jak-STAT индуцируется цитокинами (ИЛ-2-7, ИЛ-9, ИЛ-11-13, ИЛ-15, Г-КСФ и ГМ-КСФ), взаимодействующими с рецепторами типа I для цитокинов, и цитокинами (ИНФαβγλ, ИЛ-10, ИЛ-20, ИЛ-24, ИЛ-26), взаимодействующими с соответствующими рецепторами типа II. В состоянии покоя цитоплазматические домены двух цепей каждого из этих рецепторов соединены нековалентной связью с киназами Jak (от Yanus-associated family kinase — киназы семейства Янус), находящимися в неактивном состоянии. При связывании цитокина рецепторными молекулами рецептор димеризуется, киназы Jak активируются в результате индукции процесса трансфосфорилирования, и фосфорилируют тирозиновые остатки цитоплазматических участков рецепторного кластера. С некоторыми из них через домен SH2 (от Src homology 2 — гомолог 2 молекулы Src) связываются мономерные цитозольные белки STAT (от Signal transducers and activators of transcription — передатчики сигнала и активаторы транскрипции). Затем один из этих белков фосфорилируется киназами Jak и через эти фосфорилированные участки соединяется при помощи домена SH2 с другой молекулой STAT. Образовавшийся димер молекул STAT отделяется от цитоплазматических участков рецепторной молекулы и мигрирует в ядро, где активирует транскрипцию соответствующего гена.
Следует отметить, что как киназы Jak, так и белки STAT неоднородны и включают ряд различающихся по строению форм. Так, среди киназ Jak различают четыре типа (Jak1-3 и Тук2), среди белков STAT — семь (STAT1-4, 5а, 5b и 6). Различные рецепторы характеризуются активацией разных сочетаний этих молекул (табл. 10.1). Так, например, рецептор для ИЛ-2 состоит из трех цепей — α (CD25), β (CD122) и у (CD132). При этом β-цепь рецептора связывает киназу Jakl, а γ-цепь — киназу Jak3. Обе цепи обеспечивают проведение внутриклеточного сигнала, тогда как α-цепь рецептора связывает ИЛ-2, а транскрипцию гена индуцируют белки STATSa и b.
Формирование сигнальных путей, опосредованное через активацию рецепторов для цитокинов

Передача сигнала при активации рецептора для ИЛ-10 обеспечивается киназами Jakl и Тук2 и белком STAT3.
Активация рецептора для ИЛ-12 сопровождается активацией киназ Тук2 (связывается с субъединицей β1 рецептора) и Jak2 (связывается с J32-субъединицей) и белка STAT4.
В случае активации рецепторов ИНФа или ИНФр активируются киназы Jakl и Тук2 и белки STAT1 и STAT2. При взаимодействии цитокинов с другим рецептором для ИНФ - ИНФу гетеродимеризация двух его структурногомологичных полипептидов IFNγR1 и IFNγR2 приводит к активации киназ Jakl и Jak2 и белка STAT1. При этом только STAT1 активирует гены, отвечающие на активацию рецептора, или действует на генетический аппарат клетки совместно с другими факторами транскрипции, включая фактор IRF-1 (от IFN response factor-1 - фактор 1 ответа на ИНФ) и трансактиватор класса II, активируемые белком STAT1.
Цитоплазматические молекулы сигнального пути, активируемые в результате взаимодействия рецептора с эритропоэтином (Еро — erythropoietin) включают молекулы Jak2-STAT5a/b и описанный выше комплекс взаимодействующих киназ PI-3-Akt.
В отличие от приведенных примеров взаимодействие цитокинов с рецепторами для ИЛ-6 или ИЛ-13 сопровождается активацией трех киназ семейства Jak — Jakl, Jak2, Tyk2 и белка STAT — STAT3 в случае ИЛ-6 и STAT6 в случае ИЛ-13.
Особенности формирования сигнального каскада в результате активации лигандом рецептора семейства ФНО, как и в приведенных выше примерах, в значительной степени определяются типом экспрессируемой рецепторной молекулы и клеточной формой, экспрессирующей рецепторные структуры. Это семейство содержит большое количество различных типов рецепторов — рецепторы типа I (TNF-RI) и типа II (TNF-RII)1 рецептор для лимфотоксина-β (LT-βR), рецепторы Fas, CD40, RANK, GITR и др. Указанные подсемейства рецепторов определяют широкий спектр функций экспрессирующих их клеток — от продукции провоспалительных цитокинов до индукции апоптоза. Так, рецепторы, именуемые рецепторами смерти (DR — Death receptors) и включающие рецепторы для ФНО типа I (TNF-RI), рецепторы Fas для FasL (от Fas ligand- лиганд для рецептора Fas) и рецепторы DR4 или DR5 содержат в их цитоплазматической части домены DD (от Death domain — домены смерти). При индукции процесса активации рецепторы тримеризуются, и в процесс формирования внутриклеточного сигнала вовлекается адаптерный белок TRADD (от TNF-receplor associated death domain — домен смерти для фактора некроза опухоли), взаимодействующий с доменами DD. Далее происходит дивергенция. Либо белок TRADD связывается с белком FADD (от Fas-associated death domain — ассоциированный с рецептором Fas домен смерти), активация которого приводит к каскадно развивающейся программируемой гибели клетки — апоптозу, либо развивающиеся процессы приводят к участию клетки в воспалительном ответе. В этом случае с белком TRADD связывается адаптерный белок TRAF-2 (от TNF receptor-associated factor 2 — фактор 2, ассоциированный с рецептором для ФНО) через серин/треониновую киназу RIP (от Receptor-ineracting protein — взаимодействующий с рецептором белок). Последующие этапы активации клетки связаны с процессами активации фактора транскрипции NF-кВ белком RIP, опосредованной через активацию киназы IKK, и активации белком TRAF-2 киназы МАР, включающей активацию молекул JNK и фактора Jun — компонента комплекса AP-1. Механизмы приведенной выше дивергенции не установлены.
Рецепторы TNF-RII, LT-βR, CD40 доменов смерти (DD) не содержат. Поэтому они апоптогенные сигналы непосредственно не включают, их цитоплазматические домены непосредственно связываются с белками TRAF (с рецептором TNF-RII связываются TRAF-1 и TRAF-2, с LT-βR — TRAF-4, с CD40 — TRAF-2 и TRAF-3). Последующие каскадные этапы активации ядерного фактора кВ (NF-кВ) и активационного белка-1 (АР-1 — от Activation protein-1) не отличаются от вышеописанных.
Формирование сигнального пути при активации рецепторов семейства ИЛ-1 осуществляется через активацию их цитоплазматического домена TIR. Взаимодействие активированного домена TIR с фактором MyD88 через адаптерный белок TIRAP с вовлечением в процесс формирования сигнального пути протеинкиназы IRAK, приводящего к каскадной активации фактора транскрипции NF-кВ, описано ранее.
Особенностями формирования сигнальных путей для цитокинов отличаются также хемокиновые рецепторы, характеризующиеся наличием семичленной трансмембранной α-спиральной структуры, подобно змейке, четырежды пронизывающей клеточную мембрану. Эти рецепторы функционируют в качестве молекул, обеспечивающих замену нуклеотида гуанина — GEFs (от Guanine nucleotide exchange factors). При их активации сигнал передается на G-белки (от Guanosine triphosphate (GTP)-binding proteins — белки, связывающие гуанозинтрифосфат). Эти белки в неактивном состоянии не связаны с цитоплазматическими доменами рецептора, состоят их трех субъединиц (Ga, Gβ, Gy), а α-субъединица связана с гуанозиндифосфатом (GDP). При активации рецептора GDP с помощью α-субъединицы замещается на GTP, что приводит к диссоциации тримера и к отделению α-субъединицы от субъединиц βγ. Дальнейшая передача сигнала осуществляется активированным димером βγ, индуцирующим активацию различных эффекторных молекул — фосфолипазы А2, С (субтипы β2 и β3) и D, фосфатидилинозит-3-киназы γ (РI-3γ), протеинтирозинкиназы (РТК), фосфатаз, GTРаз низкой молекулярной массы, митогенактивированных протеинкиназ. Последующие этапы формирования сигнального пути характеризуют функцию этих ферментов в индуцируемом хемокинами хемотаксисе. По указанным выше механизмам PLC гидролизует PIP2 до образования DAG и IР3, обеспечивающих высвобождение Са-+ и активацию PKC - процессы, необходимые для активации факторов транскрипции, а PI-3γ фосфорилирует PIP2 до образования РIР3 с последующим вовлечением в развивающийся процесс белков через домены PH или PX и активацией этих белков, важных для клеточной подвижности, эндоцитоза и образования клеткой иммунологического синапса. В значительной степени формирование этих процессов зависит от локальной полимеризации F-актина, координируемой большим числом актинсвязывающих белков.