Рецепторный механизм индукции апоптоза

25.10.2015

В рецепторном или активном механизме индукция апоптоза опосредована через ряд рецепторных структур (рис. 10.5), обозначаемых как рецепторы смерти — DR (от Death receptors). Эти рецепторы относятся к суперсемейству рецепторов фактора некроза опухоли (ФНО) - TNFRS (от Tumor necrosis factor receptors superfamily), из них наиболее полно изучены DR4 и DR5, FasR (CD95, TNFRSF6, AFO-1) и TNFRl (р55, CD120а), К числу DR-рецепторов относятся также рецепторы DR3 (АРО-3, TRAMP) и DR6. Рецепторы этого семейства отличаются от других рецепторов, локализующихся на клеточной мембране, наличием в цитоплазматической части доменов смерти DD (от Death domain), способных взаимодействовать с аналогичными DD цитоплазматических адаптерных белков. Другие рецепторы суперсемейства ФНО — CD27, CD40, LTβR домена DD не содержат, но имеют в их цитоплазматическом регионе молекулы TRAF (от TNF receptor-associated factor).
Внеклеточная часть рецепторов суперсемейства ФНО содержит обогащенные цистеином домены CRD (от Cysteine-rich domain), в которых локализуются регионы, связывающие лиганды. Число таких доменов в разных рецепторах различно. Например, рецепторы DR4 и DR5 содержат по 2 домена CRD, FasR — три домена, TNFR1 — четыре домена CRD. Каждый из доменов CRD содержит по 6 цистеиновых остатков, образующих три дисульфидные связи. Физиологическое состояние этих рецепторов хорошо контролируется. Например, N-терминальная часть домена CRD рецепторов TNFR1, Fas и TRAILR1 содержит домен PLAD (от Preligand binding assembly domain — домен прелиганд ной сборки), который предохраняет рецептор от спонтанной активации и обеспечивает предварительную гомотримерную сборку рецепторов на клеточной мембране.

Рецепторный механизм индукции апоптоза

Основными лигандами для DR-рецепторов суперсемейства ФНО являются TNF (ФНОα), FasL, Apo-3L, лимфотоксин (LTα) и TRAIL. Тримерная архитектура лигандов суперсемейства ФНО, содержащих по три участка, связываемых рецептором, обеспечивает основу для инициации сигнала, индуцируемого в результате агрегации рецепторов или формирования рецепторного кластера.
Рецепторы системы TRAIL. Рецепторы DR4 и DR5 супер семейств а ФНО относятся к системе рецепторов TRAIL (от TNF-related apoptosis-inducing ligand — лиганд, индуцирующий апоптоз, связанный с рецепторами для ФНО), Их синонимы, соответственно, TRAILR1 (TNFRSF10A, АРО-2) и TRAILR2 (TNFRSF10B, TRICK2, KILLER). Другие рецепторы этой системы DcR1 (TRAIL3, TNFRSF10C) и DcR2 (TRA1L4, TNFRSF10D) являются антагонистами апоптоза и выполняют роль «рецепторной ловушки», нейтрализующей апоптотическую активность DR4 и DR5. В связи с этим активация рецепторов DR4 и DR5 не играет существенной роли в апоптозе нормальных клеток. Однако на опухолевых клетках активность «рецепторных ловушек» слабая или отсутствует. Поэтому молекулы DR4 и DR5 играют существенную роль в индукции апоптоза опухолевых клеток.
Рецепторы DR4, DR5 и DcR2 относятся к трансмембранным белкам типа I, DcR1 — к трансмембранным белкам типа III. В отличие от рецепторов DR4 и DR5, цитоплазматический регион которых содержит высокогомологичные домены смерти (DD), рецептор DcR1 заякорен в клеточной мембране через гликофосфатидилинозит, a DcRZ имеет усеченный нефункционирующий домен DD. Пятый член рецепторов системы TRAIL — Остеопротегерин (Osteo-protegerin, известный как OPG, OCIF или TNFRSF11B) — является димером, характеризуется как растворимая «рецепторная ловушка», играет основную роль в механизмах регуляции плотности костной ткани и критическую роль в развитии лимфатических узлов и во взаимодействии дендритных клеток с Т-лимфоцитами.
В системе формирования сигнального пути TRAIL связывание тримерного лиганда TRAIL рецептором TRAILR сопровождается кластеризацией (тримеризацией) рецепторной структуры, вследствие чего домены смерти (DD) рецепторов TRAILR приобретают способность взаимодействовать с аналогичными доменами (DD) адаптерных белков FADD (Fas-associated death domain — домен смерти рецептора Fas). С помощью другого, аналогичного по структуре домена — эффекторного домена смерти DED (от Death effector domain), локализованного в N-терминальном регионе молекулы FADD, адаптерный белок связывается с доменом DED, локализованным в С-терминальном конце ка-спазы-8 и/или каспазы-10. Каспаза-8 известна так же, как молекула FLICE (от FADD-like IL-1-converting enzyme) или Machl. Сформированный в результате указанных взаимодействий молекулярный комплекс DISC (от Death-inducing signaling complex — сигнальный комплекс, индуцирующий смерть клетки), включающий цитоплазматическую часть рецептора TRAIL, адаптерный белок FADD и каспазы-8 и -10, характеризуется каскадной активацией прокаспаз — неактивных предшественников цистеиновых протеаз — каспаз (Caspases — Cysteindependent aspartate-specific proteases, аспартатспецифические цистеинзависимые протеазы) в активные ферменты, передающие сигнал от инициаторных или апикальных каспаз (initiator or apical caspases) эффекторным или каспазам-«палачам» (effectors or executioner caspases), которые гидролизуют структурные белки клетки и обеспечивают фрагментацию ДНК. При этом каскадная активация каспаз имеет следующую последовательность; прокаспаза-8 (инициаторная) активная каспаза-8 прокаспаза-3 (эффекторная) активная каспаза-3 белок.
Как уже отмечалось, активация рецепторов TRAIL сопровождается эффективным развитием апоптоза опухолевых клеток. Система взаимодействий TRAIL-TRAILR эффективна также при индукции апоптоза инфицированных вирусом клеток или при регуляции иммунологических реакций, например, в апоптозе клеток-памяти фенотипа CD8, активируемых в отсутствие хелперных клеток фенотипа CD4.
Рецепторы Fas. Индукция апоптоза через активацию рецептора Fas (CD95, TNFRSF6), широко представленного на клетках разных тканей (тимоциты, покоящиеся T- и активированные T- и В-лимфоциты, моноциты, клетки кожи, эпителия, лимфатических узлов, нейтрофилы, моноциты, эозинофилы, клетки селезенки, сердца, печени и др.), является наиболее хорошо изученным механизмом программируемой клеточной гибели. Процесс активации рецептора индуцируется лигандом FasL (TNFSF6), экспрессируемым на активированных T- и NK-лимфоцитах, клетках опухолей, легких, на клетках иммунопривилегированных и иных тканей. Мутации в системах Fas и FasL у мышей и человека сопровождаются лимфопролиферативными (lрг, от Iymphoproliferative) и генерализованными лимфопролиферативными (gld, от generalized lymphoproliferative disorder) аутоиммуноподобными заболеваниями. Мыши с мутациями lpr или gld характеризуются аутоиммунным фенотипом с продукцией аутоантител, накоплением больших количеств активированных Т-клеток на периферии и Т-клеток фенотипа CD4_CD8- в лимфатических узлах (лимфоаденопатия). Взаимодействие FasR-FasL играет важнейшую роль в поддержании лимфоцитарного гомеостаза, в сокращении величины клона в заключительной фазе иммунного ответа, на конечных этапах цитотоксического действия ЦТЛ и NK-клеток на клетки-мишени, в провоспалительном ответе, выживании опухоли, в неиммунном тканевом гомеостазе в процессе остеокластогенеза и ангиогенеза и др.
Механизмы формирования сигнального пути, индуцирующего развитие апоптоза в результате взаимодействия FasR-FasL идентичны таковым, вызывающим образование сигнала при взаимодействии рецепторов TRAILR с их лигандами TRAIL. Как и в описанном выше процессе, рецептор Fas через домены DD связывает адаптерный белок FADD и через домены DFD адаптерного белка связывает каспазы 8 и -10 с формированием комплекса DISC и индукцией процесса фрагментации ДНК.
Следует отметить, что по строению С-терминального конца каспазы существенным образом отличаются друг от друга. Такие ферменты, как каспазы-8, -10 и -15 в С-терминальном конце содержат домен DED, тогда как каспазы -1, -2, -4, -5, -9, -11, -12 и -13 — домен CARD (от Caspase recruitment domain — домен, вовлекающий каспазу).
Рецепторы TNERl (р55, CD120a). Рецепторы клеточной поверхности TNER связывают молекулы TNFa (ФНО). Процесс инициирует рецептор TNFR2, связывающий растворимый лиганд, несмотря на то, что этот рецептор характеризуется большей аффинностью к мембранному, а не к растворимому TNFα. Затем к связыванию лиганда подключается TNFR1, основной рецептор, опосредующий индуцированную TNFa цитотоксичность. В результате кооперации двух рецепторов лиганд удерживается рецепторными структурами клетки более длительное время и обеспечивает формирование более сильного сигнала. В отличие от рецепторов Fas и TRAIL, DD-домены которых взаимодействуют с аналогичными доменами адаптерного белка FADD, взаимодействие TNFRl с TNFα сопровождается активацией адаптерного белка TRADD (от TNF-receptor death domain — домен смерти рецептора для TNF) в результате связывания его доменов DD с DD-доменами рецепторного белка. Поскольку активация каспаз-8 и -10, индуцирующих фрагментацию ДНК, обеспечивается адаптерным белком FADD, домен DED которого связывается с DED-доменами каспаз, активация каспаз белком TRADD опосредуется через его взаимодействие с белком FADD. Таким образом, сформированный комплекс DISK, индуцирующий активацию каспаз и обеспечивающий реализацию эффекта программируемой клеточной гибели, включает цитоплазматическую часть рецептора Fas, адаптерные белки TRADD и FADD, а также каспазы-8 и -10. В свою очередь, реорганизация белка FADD индуцирует образование микроскопически видимых кластеров из белков Fas, именуемых структурами SPOTS (от Signaling protein oligomerization transduction structures). Эти структуры активируют процесс вовлечения каспазы-8 в формирование сигнального пути и ее активацию. Более того, происходящий при этом процесс кэппинга Fas-рецепторов (образование «шапочки» из рецепторных структур на одном из полюсов клетки) и поглощение их в эндосомальные везикулы способствуют процессу разрушения клетки.