Содержание
Логичным выглядит открытие NF-kB в нейтрофилах. Лишенные способности к пролиферации и резко ограниченные в синтетических возможностях, они привлекают NF-kB к регуляции собственного апоптоза, реакциям на микробные модулины, хемоаттрактанты, цитокины и другие факторы. Становится понятным, каким образом клетки, подобные нейтрофилу, отвечают на стимуляцию, повышая или снижая свой мобилизационный потенциал.
NF-kB представлен пятью белками: р50/105, р52/100, р65 (RelA), c-Rel и RelB. Их NH2-конец имеет Rel-гомологичный домен (он состоит из 300 аминокислот), который обеспечивает внутриядерный транспорт NF-kB, соединение с ДНК, ингибиторами и образование димерных молекул. Несмотря на множество форм, обычным типом NF-kB является гетеродимер р50-р65. Он присутствует в большинстве клеток и имеет необходимые сайты для связывания с генными промоторами. Гомодимеры р50 не активны, так как не содержат трансактивирующих доменов. Они выступают в роли репрессоров.
Экспрессия NF-kB отличается своеобразием. Например, синовиальные фибробласты активируют р50 и р65 для секреции ИЛ-6, тогда как тромбин побуждает эндотелиоциты к синтезу ICAM-1 через индукцию р65. Такая специфика дополняется особенностями регуляторных молекул (см. ниже). Наряду с разнообразием NF-kB-структур и обилием связывающих участков ДНК они обеспечивают чувствительность к множеству стимулов. Картина напоминает генетические регулоны бактерий, которые контролируются общими медиаторами, принимающими сигналы из внешней среды (см. «Болезнетворность бактерий»). Сюда следует добавить химические реакции, влияющие на функциональные свойства NF-kB: ацетилирование, фосфорилирование и S-нитротиолирование. Все это создает картину поливалентной активации NF-kB, которая допускает множество регуляторных (возможно, избыточных) путей к реализации эффекторного потенциала клеток.
IkB- и IKK-зависимая регуляция NF-kB. NF-kB присутствует в цитоплазме в виде неактивного комплекса с ингибиторами, IkB (см. рисунок). Семейство IkB-белков включает IkBa, IkBb, IkBg, IkBd, IkВe и фактор-3 В-клеточной лимфомы (Bcl-3). Все они имеют несколько так называемых анкириновых повторов (состоят из 30—33 аминокислот), связывающихся с Rel-доменом NF-kB. Активация вызывает фосфорилирование и убиквитинизацию IkB. Это меняет конформационную структуру молекул, определяя их разрушение внутри протеасом.
Лучше всего изучен IkBa. Он прочно связан с р65-субъединицей NF-kB, блокируя его активность. При стимуляции клеток происходит фосфорилирование IkBa (по 32 и 36 сериновым остаткам) и связывание (по 21 и 22 лизиновым остаткам) с белком-убиквитином (эффект убиквитиновой лигазы). Это вызывает протеолиз в системе 26S-протеасомного комплекса, который ведет к высвобождению NF-kB, мигрирующего в ядро, к месту своего действия. Транскрипционная активность NF-kB проявляется через считанные минуты после клеточной стимуляции.
Разные типы IkB оказывают неодинаковое или перекрывающее действие; их тканевое распределение тоже неравнозначно. Можно сказать, что клетки располагают набором IkB-молекул с разной чувствительностью к стимулам, неодинаковой кинетикой деградации, ресинтеза и аффинности. Это способствует дифференцированному поведению IkB в стимулированных клетках. К примеру, IkBa поддается быстрой инактивации, но столь же быстро восстанавливается. Это происходит из-за того, что свободный NF-kB связывается с промоторным участком IkBa-гена, вызывая синтез новых порций IkBa. Напротив, IkBb-ген не регулируется NF-kB. Поэтому вслед за деградацией IkBb наступает длительная NF-kB-активация.
Протеолиз IkB происходит в цитоплазме, но возможна и их ядерная деградация, например в нейтрофилах. Это должно способствовать оперативным событиям при остром воспалении. В таком случае следует допустить нуклеарную локализацию аппаратов убиквитинизации и протеасомного расщепления белков.
К деградации IkB ведет обилие сигнальных путей, но все они сходятся на активации IkB-киназного комплекса (IKK) (см. рисунок). Это гетеродимер, состоящий из двух белков IKK-a и IKK-b, скрепленных молекулой IKK-g, или NEMO (от англ. NF-kB essential modulator). IKK-комплекс активируется многими киназами, такими как изоформы протеинкиназы С (РКС); NIK, MEKK-1, MEKK-2, MEKK-3 и другие члены семейства МАРККК; NAK; фосфатидилинозитол-3-киназа и др. Их действие ведет к изменению эффекторных свойств IKK, нацеливая на фосфорилирование, взаимодействие с убиквитином и протеасомную деградацию IkB. Каналы, активирующие IKK, дополняются белками, передающими сигналы из рецепторного звена в систему IKK-киназ. К ним принадлежат TRAF-2 (от англ. TNF-receptor associated factor), TRAF-5, TRAF-6, MyD88 и др.
Главную роль в воспалении играет IKK-b; IKK-a больше занят в реакциях лимфоидных органов.
NF-kB и реализация воспаления. NF-kB принадлежит центральная позиция в управлении воспалительным процессом как мононуклеарного (например, замедленной гиперчувствительности), так и нейтрофильного (пиогенного) типов. Активация NF-kB повышает экспрессию адгезивных молекул, стимулирует трансэндотелиальную миграцию лейкоцитов, потенцирует образование воспалительных цитокинов, хемокинов и индуцибельных ферментов. В воспалительных клетках усиливается продукция IKK (прежде всего IKK-b), повышается ядерная локализация NF-kB.
Воспалительные гены могут регулироваться и другими транскрипционными факторами, например из семейства активационного белка, АР-1 и трех каскадов стимулирующей его киназы МАРК (митогенактивированная протеинкиназа): ERK (экстрацеллюлярно-регулируемая киназа), JNK (c-Jun-N-терминальная киназа) и р38 МАРК. Но важнее то, что МАРК-киназы способны сами фосфорилировать IKK с выходом на IkB-зависимую активацию NF-kB.
Признаки повышенной активности NF-kB обнаруживаются в очагах воспаления при многих заболеваниях человека: ревматоидный артрит, бронхиальная астма, хронические заболевания нервной системы, кишечника, атеросклероз, септический шок и др. Если учесть, что воспаление связано с апоптозом, следует напомнить о ключевых функциях NF-kB в запрограммированной смерти клеток. Активация NF-kB обычно задерживает апоптоз, продлевая жизнь клеток-эффекторов в зоне воспаления.
NF-kB и инфекционные агенты. Поскольку любая инфекция сопровождается воспалением, связанным с усилением транскрипции воспалительных генов, логичны поиски активированного NF-kB при инфекционных процессах. Действительно, бактериальные и другие инфекции вызывают активацию NF-kB, которая коррелирует со степенью воспаления. Первое впечатление, что для этого требуется инвазивная инфекция, оказалось неточным: активация NF-kB возможна с неинвазивными бактериями и их компонентами. Важным является функционально значимое взаимодействие с клетками, которое может ограничиться прикреплением к клеточным рецепторам или инъекцией микробных факторов внутрь клетки (это можно назвать молекулярной инвазией). Так ведут себя не только патогенные микроорганизмы, но и бактерии-пробиотики, т.е. «бактерии для жизни».
Некоторые возбудители используют активацию NF-kB для реализации своей патогенности. Полагают, что борьба с апоптозом, в которой участвует NF-kB, является для них полезным фактором. К подобным инфекциям относятся листериоз, хеликобактериоз, гонорея, брюшной тиф, шигеллезная дизентерия и др. Их возбудители способны развиваться внутри клеток, т.е. зависят от жизненного потенциала своих мишеней.
Но есть микробы, которые ведут себя иначе, блокируя NF-kB. Примером являются бактерии рода Yersinia. Они инъецируют в клетки факторы, подавляющие протеинкиназы (для этого они используют свой аппарат секреции III типа). Белки наружной мембраны (Yop) Y.рseudotuberculosis, Y.pestis и Y.enterocolitica атакуют ферменты митогенактивированной киназы (МАРК), которые, как сказано выше, участвуют в активации NF-kB. YopJ (Y. pseudotuberculosis) действует и как сериновая протеаза, инактивирующая убиквитин. Белок YopP (Y. enterocolitica) связывается с IKK-b, препятствуя активации NF-kB; это усиливает апоптоз макрофагов, ослабляя сопротивление инфекции. Другая стратегия направлена на подавление деградации IkB. Это происходит благодаря торможению фосфорилирования IkB, нарушению его убиквитинизации и блокировке протеасом. Так ведут себя уропатогенные штаммы E. coli и кишечные комменсалы, продуцирующие факторы, препятствующие высвобождению IkB из комплекса с NF-kB.
Некоторые бактерии действуют на более поздних сроках, инактивируя NF-kB после снятия с него IkB-блокады. Это наблюдается при связывании свободного NF-kB с микробными белками, которые имитируют анкириновые повторы IkB-ингибиторов. Нарушается фосфорилирование NF-kB — необходимый этап ядерной транслокации NF-kB. Так обстоит дело с Mycobacterium ulcerans, который подавляет активность NF-kB в Т-клетках и моноцитах, снижая напряженность иммунитета. Нечто подобное происходит при инвазии макрофагов простейшим паразитом Toxoplasma gondii. Он сдерживает ядерную транслокацию NF-kB, подавляя синтез провоспалительных цитокинов и развитие антитоксоплазменного иммунитета. Иначе обстоит дело с иерсиниями. Например, YopH (Y. рseudotuberculosis) проявляет свойства тирозинфосфатазы. Блокируя фосфорилирование свободного NF-kB, она снижает генетическую транскрипцию, ослабляя синтез воспалительных цитокинов и провоцируя гибель клеток.
Многие (если не все) вирусы активируют систему NF-kB. Это наблюдается у вирусов иммунодефицита человека, вирусов гепатита В и С, герпесвирусов, аденовирусов, вирусов гриппа, парамиксовирусов, риновирусов, ротавирусов и т.д. Они действуют через клеточные рецепторы (например, CD4 для вирусов иммунодефицита) или собственнные продукты (например, HBx вируса гепатита В, гемагглютинин ортомиксовирусов, E3-белок аденовирусов). Это важно для вирусов: затормозив апоптоз (за счет cтимуляции NF-kB), они продлевают свою репликацию. Но есть вирусы (например, вирус осповакцины), которые выступают в роли антагонистов NF-kB. Это усиливает апоптоз инфицированных клеток, обрывая вирусную инфекцию, т.е. скорее выгодно хозяину, чем паразиту.
Приведенные примеры демонстрируют взаимодействие едва ли не самого мощного экологического фактора (микробных агентов) с аппаратом воспаления. Это лишь первые исследования, но они открывают перспективу для изучения механизмов вирулентности и оказывающих им сопротивление эффекторов иммунитета.