Журнал «Здоровье ребенка» 5 (48) 2013

Введение

В последнее время установлено, что протеины семейства NLR активно участвуют в регуляции воспалительного процесса. Так, было показано, что NLRP10 обладает способностью ингибировать процессинг прокаспазы-1 и NF-kB-зависимое возбуждение; NLRP5 ингибирует NF-kB-зависимое возбуждение; протеин PYRIN подавляет процессинг прокаспазы-1 и активирует фактор транскрипции NF-kB; белки NLRP2, NLRP3, NLRP4, NLRP7, NLRP11, NLRP12 оказывают ингибирующее действие на фактор транскрипции NF-kB и активирующее — на процессинг прокаспазы-1; NLRC1/NOD1 и NLRC2/NOD2 индуцируют NF-kB-зависимое возбуждение, а NALP6 является активатором как фактора транскрипции NF-kB, так и процессинга прокаспазы-1 [3]; протеин NLRX1 ингибирует RLR-ассоциированное внутриклеточное возбуждение продукции IFN-b [16].

Ингибитор ASC- и NF-kB-ассоциированного возбуждения

NLRP10

Протеин NLRP10 (NALP10; PAN5; NOD8; PYNOD; CLR11.1) состоит из 655 аминокислотных остатков и содержит в N-терминальном конце PYD, а в C-терминальном конце — NACHT-NAD без LRR повторов. Протеин NLRP10 ингибирует как процессинг прокаспазы-1, так и возбуждение ­NF-kB [3].

Ингибитор NF-kB-ассоциированного возбуждения

NLRP5

Протеин NLRP5 (NALP5; PYPAF8; MATER (Maternal Antigen That Embryos Require), PAN11; CLR19.8) состоит из 1200 аминокислотных остатков, экспрессируется исключительно в ооцитах и играет ключевую роль в первых дроблениях клеток мóрулы, способен к ингибированию активности фактора транскрипции NF-kB [3, 25].

Ингибитор ASC- и активатор NF-kB-ассоциированного возбуждения

Протеин PYRIN

Протеин PYRIN, или marenostrin (от лат. Mare Nostrum — Средиземное море), кодируется геном MEFV и состоит из 781 аминокислотного остатка. Вторичная структура молекулы PYRIN организована пятью доменами: PYR доменом (остатки 1–95); bZIP базовым доменом (остатки 266–280); доменом цинкового пальца B-box (остатки 375–407); a-спиральным доменом (нам-катушкой) (остатки 408–594); B30.2 (PRYSPRY) доменом (остатки 598–774). Каждый домен выполняет определенные функции: PYD связывается с адаптерной молекулой ASC через ­PYD-PYD взаимодействия и существенно ограничивает как формирование инфламмасом, так и активацию каспазы-1; bZIP базовый домен и смежные последовательности взаимодействуют с p65 и IBa соответственно; домен цинкового пальца B-box и домен нам-катушки непосредственно взаимодействуют с белком PSTPIP1 (proline serine threonine phosphatase-interacting protein 1); B30.2 (PRYSPRY) домен взаимодействует с каспазой-1 и Siva (рис. 1) [4].

Протеин PYRIN экспрессируется дендритными клетками (DC), моноцитами, нейтрофилами, эозинофилами, фибробластами кожи, брюшины и синовиальной оболочки. В данных клетках, исключая моноциты, PYRIN локализуется в ядре клетки. Экспрессия PYRIN моноцитами индуцируется действием LPS, IFN-a, TNF-a [4].

В процессе регуляции активностью каспазы-1 ведущую роль играет C-терминальный домен B30.2, в сайте кодирования которого находится большинство мутаций, ассоциированных с семейной средиземноморской лихорадкой (FMF) [18]. Однако значение протеина PYRIN в процессе воспаления в настоящее время определено неоднозначно. Известно, что PYRIN ингибирует активацию каспазы-1. Так, домен B30.2 физически взаимодействует с каталитическими доменами каспазы-1, каспазы-5, про-IL-1 и связывается с основными инфламмасомообразующими протеинами — NLRP1, NLRP2, NLRP3, ингибируя активацию и секрецию IL-1F2/IL-1b [20]. Взаимодействуя через PYD-PYD взаимодействия с адаптерной молекулой ASC, PYRIN существенно ограничивает формирование инфламмасом и активацию каспазы-1 [4]. Однако Je-Wook Yu и соавт. [12] показали, что молекула PYRIN является цитоплазматическим рецептором PSTPIP1. Гомодимеры молекул PYRIN не обладают функциональной активностью, так как PYD инактивирован B-box. Взаимодействие домена цинкового пальца B-box молекулы PYRIN с SH3/coiled-coil доменом протеина PSTPIP1 высвобождает PYD, и последний приобретает возможность рекрутировать адаптерную молекулу ASC, что приводит к олигомеризации молекул ASC с последующей активацией каспазы-1 (рис. 2).

Мутации гена PSTPIP1, которые обусловливают синтез протеинов с более высоким аффинитетом к белку PYRIN, сопровождаются развитием аутовоспалительного синдрома пиогенного стерильного артрита, гангренозной пио­дермии и акне (Pyogenic sterile Arthritis, Pyoderma gangrenosum, and Acne — PAPA) [12]. Andrea L. Waite и соавт. [14] показали, что протеин PSTPIP1 обусловливает изменение пространственной локализации PYRIN, приближая его к местам нахождения молекул ASC. Структурно протеин PSTPIP1 близок к белку PSTPIP2/MAYP (macrophage actin-associated tyrosine-phosphorylated protein), мутации гена которого приводят к развитию многоочагового остеомиелита, клинико-морфологически похожего на синдром хронического рецидивирующего мультифокального остеомиелита (chronic recurrent multifocal osteomyelitis — CRMO) [1].

Представитель PCH (Pombe Cdc15 homology) семейства цитоплазматический протеин PSTPIP1 обеспечивает связь между PEST фосфатазами и их субстратами, а также формирует тубулярные филаментные структуры в цитоплазме клетки, которые отвечают за мембранно-цитоскелетные взаимоотношения [13]. PSTPIP1 активно экспрессируется гемопоэтическими клетками. В Т-лимфоцитах PSTPIP1 обеспечивает взаимодействие поверхностной молекулы CD2 с актин-связывающим белком синдрома Wiskott-Aldrich, формируя комплексную связь мембранного рецептора с актином цитоскелета клетки и развивая организацию «иммунологического синапса» [13]. Его участие в мембранно-цитоскелетных взаимодействиях нейтрофилов определяет их миграционные способности. Экспрессия протеина PSTPIP1 снижает напряжение трансферринового обмена и активность эндоцитоза [5].

Протеин PYRIN участвует и в регуляции активности фактора транскрипции NF-kB. Его N-терминальный регион, отщепленный каспазой-1, обладает мощным индуцирующим действием на ­NF-kB, облегчая ядерную транслокацию p65 и увеличивая деградацию IkBa, но полная форма молекулы PYRIN ингибирует NF-kB [4].

Активаторы ASC- и ингибиторы NF-kB-зависимого возбуждения

NLRP2

Протеин NLRP2 (NALP2; PYPAF2; NBS1; PAN1; CLR19.9) состоит из 1062 аминокислотных остатков и содержит N-терминальный PYD, центральные NACHT-NAD и в С-терминальном конце 8 мотивов LRR. Наиболее выраженная экспрессия NALP2 отмечается в макрофагах, моноцитах, гранулоцитах и в тканях легкого, плаценты, тимуса. Индукторами экспрессии и продукции протеина NLRP2 являются IFN I и II типа, TNF-a, LPS [11, 24]. Протеин NLRP2 является активатором прокаспазы-1 и, так же как NLRP3, NLRP4, NLRP5, NLRP10, ингибитором фактора транскрипции ­NF-kB, в связи с чем мутации его гена могут сопровождаться развитием аутовоспалительных и аутоиммунных заболеваний [6].

NLRP4

Протеин NLRP4 (NALP4; PYPAF4; PAN2; RNH2; CLR19.5) состоит из 994 аминокислотных остатков и содержит в N-терминальном конце PYD, в центральной области — NACHT-NAD и в C-терминальном конце — 8 повторов LLR. Данный протеин обладает ингибирующим действием на фактор транскрипции NF-kB и активирующим действием на процессинг прокаспазы-1 [7, 24].

NLRP7

Протеин NLRP7 (NALP7/PYPAF3) состоит из 980 аминокислотных остатков, молекула которого содержит PYD, NACHT-NAD и повторы LRR. Данный белок экспрессируется во всех тканях человека, исключая ткани сердца, головного мозга и скелетных мышц. Протеин NLRP7 ингибирует процессинг про-IL-1b и прокаспазы-1, непосредственно взаимодействуя с данными молекулами, секвестируя их от целевого протеолитического процесса. Взаимодействуя PYR доменом с Fas-ассоциированным фактором, протеин NLRP7 активирует апоптоз и ингибирует активацию фактора транскрипции ­NF-kB. Протеин NLRP7 является важнейшим регулятором биологических процессов в эмбриональном периоде развития. Мутации его гена сопровождаются семейной формой пузырного заноса [21].

NLRP12

Протеин NLRP12/Monarch-1, состоящий из 1061 аминокислотного остатка, первоначально идентифицированный как продукт гена клеток лейкемической линии HL60, экспрессия которого индуцирована действием монооксида азота. NLRP12/Monarch-1 экспрессируется моноцитами, гранулоцитами и особенно интенсивно эозинофилами [8, 16]. Показано, что LPS, пептидогликан (Pam3Cys), Mycobacterium tuberculosis ингибируют на 60–80 % экспрессию NLRP12/Monarch-1 в моноцитах и гранулоцитах. Также TNF и IFN подавляют продукцию NLRP12/Monarch-1 [8]. Протеин NLRP12 в клетках моноцитарной линии предотвращает возбуждение как канонического, так и неканонического пути возбуждения фактора транскрипции NF-kB. Известно, что индукция канонического пути активации ­NF-kB происходит практически незамедлительно после возбуждения TLR рецепторов, обусловливая продукцию IL-1F2/IL-, IL-6 и TNF, и зависит от деятельности IKK-b. В то время как индукция неканонического альтернативного пути активации ­NF-kB происходит значительно медленнее и зависит от ­NF-kB-индуцирующей киназы (NIK), которая, расщепляя р100, высвобождает активную форму р52, обладающую способностью индуцировать транскрипцию множества провоспалительных генов, в том числе IL-6, TNF, CXCR4, CXCL12 и CXCL13. Протеин NLRP12, предотвращая фосфорилирование IRAK-1 и усиливая деградацию NIK, ингибирует как TLR-ассоциированную, так ­TNF-ассоциированную активацию фактора транскрипции NF-kB (рис. 3).

Монооксид азота, по всей вероятности, является компонентом механизма обратной связи PPR-ассоциированного возбуждения, так как в процессе развития воспаления он активирует экспрессию протеина NLRP12/Monarch-1, обладающего ингибирующим действием [8, 16].

Активатор ASC- и NF-kB-зависимого возбуждения

NLRP6

Протеин NLRP6 (NALP6; PYPAF5 (PYRIN-containing Apaf-1-like proteins); PAN3; CLR11.4), состоящий из 892 аминокислотных остатков, молекула которого состоит из N-терминального PYD, центральных NACHT-NAD и C-терминального домена, содержащего не менее четырех мотивов LRR. Протеин NLRP6 является активатором как фактора транскрипции NF-kB, так и процессинга прокаспазы-1. Было показано, что первичным субстратом для NLRP6 является адаптерная молекула ASC. Активация NF-kB протеинам NLRP6 осуществляется только при дефиците экспрессии ASC [7, 24].

Ингибитор NLR-ассоциированного возбуждения

NLRX1

Протеин NLRX1 (NOD9, CLR11.3) состоит из N-терминального домена, который содержит митохондриально-целевую последовательность и два трансмембранных региона, центральные NACHT-NAD и C-терминальный домен с повторами LRR. Данный белок является единственным представителем NLR семейства, который локализуется на внешней мембране и матриксе митохондрий. Детальная физиологическая роль данного протеина остается не ясной. По мнению Patrick J. Shaw и соавт. [16], протеин NLRX1 ингибирует RLR-ассоциированное внутриклеточное возбуждение механизмов продукции IFN-b, непосредственно взаимодействуя NACHT доменом с адаптерным протеином IPS-1/MAVS [10]. NLRX1 усиливает продукцию АКМ митохондриями, так как было установлено, что он может взаимодействовать c митохондриальным матриксным протеином UQCRC2 комплекса III цепи переноса электронов. Протеин UQCRC2 является интегральным компонентом bc1 комплекса, который образован из 11 субмодулей и ответственен за передачу электронов к акцепторному цитохрому С [2]. Таким образом, протеин NLRX1 способен выполнять противоположные по физиологической сущности функции: с одной стороны, он ингибирует противовирусную защиту, препятствуя взаимодействию RIG-1 и MDA5 с адаптерной молекулой IPS-1/MAVS, с другой — способствует генерации АКМ, которые обладают противовирусным и антибактериальным действием (рис. 4) [9].

Анализируя результаты двух исследований, которые подчеркнули данною дилемму, Etienne Meylan и Jörg Tschopp [9] предположили, что действие протеина NLRX1 зависит от функционального состояния клетки. Так, в физиологическом состоянии клетка NLRX1 ингибирует непосредственную активацию IPS-1, но в ответ на активацию RLR вирусной РНК NLRX1 отстраняется от адаптерной молекулы IPS-1, предопределяя возбуждение RLR/IPS-1-зависимого пути продукции IFN I типа и NF-kB-ассоциированной продукции провоспалительных цитокинов. Освобожденная активированная молекула NLRX1, используя N-терминальную адресную последовательность импорта, транспортируется через TOM-TIM (транслоказы внешней и внутренней мембраны) комплекс в митохондрию. В митохондриальном матриксе под влиянием митохондриальных процессинговых пептидаз, отщепляющих от молекулы NLRX1 первые 39 аминокислотных остатка, происходит «созревание» протеина NLRX1, обусловливая его взаимодействие с UQCRC2 и последующую генерацию АКМ [2].

Протеин NLR семейства, участвующий в регуляции процессинга антигена

CIITA

Протеин CIITA, состоящий из 1130 аминокислотных остатков, является базовым представителем NLR семейства, первоначально был идентифицирован как критический транскрипционный фактор, необходимый для конститутивной и индуцибельной экспрессии антигенов II класса главного комплекса гистосовместимости. Протеин CIITA также активирует экспрессию генов HLA-DM и инвариантной цепи (Ii) антигенпрезентирующими клетками, которые участвуют в процессинге антигена [22]. Экспрессия CIITA носит как конститутивный, так и индуцибельный характер. Иммуноциты экспрессируют протеин CIITA конститутивно. Основным фактором, стимулирующим продукцию CIITA, является IFN-. В настоящее время показано, что протеин CIITA, помимо регуляции экспрессии антигенов II класса главного комплекса гистосовместимости, участвует в регуляции транскрипционной активности и посттрансляционной модификации более чем 60 протеинов, в том числе коллагена 1-го типа, IL-4, ­IL-10, E-катепсина, матриксной металлопротеазы-9, плексина, SUMO2, FasL, скавенджера рецептора CD36. Протеин CIITA играет важную роль в развитии рака, атеросклероза, энцефалита, энцефаломиелита, кардита, фиброза легких [15, 17, 23].