Биосинтез МЧС I и презентация эндогенных антигенов происходят почти во всех клетках организма, что дает возможность Т-киллерам контролировать качество белков, синтезируемых каждой клеткой. По известным сравнением антигены гистосовместимости класса I является «окнами, через которые иммунная система может посмотреть, все ли в порядке внутри клетки». Эти окна является постоянно «прозрачными», т.е. любая здоровая клетка организма всегда экспрессируют на поверхности молекулы МЧС И. Молекулы МНС класса И должны представлять антигены, синтезируемые в цитоплазме клетки, т.е. эндогенные антигены. Эндогенными антигенами могут быть также любые белки, попавшие в цитозоль. Так, если с помощью микрокапилляр или электроосмоса в клетку ввести любой белок, то через некоторое время фрагменты деградации этого белка появятся на поверхности в комплексе с МЧС И. Теперь можно считать доказанным, что в норме антигены гистосовместимости I класса связывают антигенные тмтиды, происходящих из собственных белков организма Т-киллеры остаются равнодушными к МЧС И с процесованимы собственными белками, поскольку аутореактивные ЦТЛ уничтожаются во время селекции в тимусе, где также представлены аналогичные комплексы МЧС И с пептидами. При патологии, скажем, за мутационных перерождений определенных клеток, с МЧС И кроме собственных антигенов представляться также мутантные белки. То же происходит при вирусных инфекциях - продукты вирусных генов в процесованому виде будут представлены на мембранах пораженных клеток. В таких «новых» комплексов МЧС И с чужеродными пептидами среди популяции лимфоцитов могут оказаться специфические ЦТЛ, поскольку они не подверглись отрицательный отбор в тимусе. Итак, пораженные или трансформированные клетки отличаться от здоровых клеток по структуре представленных пептидов, а потому будут распознаны и уничтожены. В этом и заключается биологический смысл процессинга эндогенных антигенов всеми клетками организма.

 

Формирование пула антигенных пептидов - производных эндогенных антигенов Первый этап процессинга антигена - убиквитинування. Система убиквитина часто участвует в регулировании продолжительности жизни цитоплазматических и мембранных белков. Убиквитин - это небольшой белок цитоплазмы, способен формировать олигомерные цепочки, присоединяясь к белкам-субстратов. Связывание любого белка с цепочкой убиквитин (убиквитинування) является сигналом для его деградации.

 

В процессе присоединения убиквитина к специфическому субстрату участвуют несколько ферментов, таких как убиквитин-протеинлигаза (ЕЗ), убиквитин-коньюгуючий фермент (Е2) и убиквитин-активирующий фермент (Е1), распознающие субстрат и катализируют ковалентной присоединения к нему цепи полиубиквитинив . В распознавании белков-мишеней при убиквитинування участвуют убиквитин-протеинлигазы. Известные на сегодня убиквитин-протеинлигазы различаются по специфичности и способами распознавания белковых cyбстратив. N-концевой домен лигазы участвует в распознавании белковых субстратов, а С-концевой каталитический домен отвечает за образование тиоефирного связи между серина белка-мишени и цистеином убиквитина. Считают, что убиквитин-лигазы распознают свои субстраты путем выявления ошибок в заключении третичной структуры белков. Признаками такого ложного заключения могут быть развернуты структуры, открытые гидрофобные поверхности, остатки пролина с неадекватной ци. -, Транс-изомерией т.д..

 

После убиквитинування белки попадают в специализированной клеточной структуры - протеасомы, где происходит их расщепление на аминокислоты. Причем часть белков может расщепляться не полностью, а лишь к пептидных фрагментов, которые могут антигенными пептидами. Деградация эндогенных антигенов протеасомы. Процессинг большинства эндогенных антигенов начинается в протеосоми, функционирование которой тесно связано с системой убиквитина. Протеасомы является универсальным аппаратом для деградации цитоплазматических и части мембранных белков. Даже у самых примитивных живых организмов, таких как археобактерии, протеасомы очень похожи по структуре протеасом высших млекопитающих.

 

Каждый внутриклеточный белок проходит путь «от рибосомы к протеасомы». Принципиальным является вопрос о продолжительности жизни отдельных белков и об эффективности их синтеза, а именно: какая часть всех полипептидов, синтезируемых на рибосоме, достигает функционального состояния? Нефункциональная фракция дефективных рибосомальных продуктов может быть одним из важных источников поступления антигенных пептидов для презентации в комплексе с МЧС И. Обработка клеток ингибиторами протеасом повышает количество только синтезируемого белка по сравнению с необработанными клетками на 30 - 50%. И наоборот, блокирования синтеза белков существенно снижает экспорт молекул МНС И на поверхность клетки, зависит от количества связанных антигенных пептидов. Следовательно, часть полипептидных цепей еще во время синтеза на рибосоме убиквитинуеться и попадает в протеасом. Это подтверждается также данными электронной микроскопии, которые свидетельствуют, что протеасомы в клетке находятся в тесной ассоциации с полирибосомы. Кроме того, в протеасомы образуются преимущественно пептиды, которые имеют определенные С-концевые аминокислотные остатки, которые могут быть «якорными» при связывании с МЧС И хотя для образования антигенных пептидов, которые вполне пригодны для связывания с МЧС и, в основном дополнительное расщепление образованных в протеасомы пептидов аминопептидазы. Структура протеасомы. Пептиды, могут связаться с МЧС и, образующиеся в результате деградации протеасомы внутриклеточных белков. Протеасомы представляет собой большой багатосубодиничний комплекс с протеолитической активностью, главной функцией которого является контролируемая деградация белков, меченных убиквитин. В собранном виде протеасомы млекопитающих имеет константу седиментации 26S и называется 26S-протеасомы. Она состоит из каталитически активной сердцевины и двух регуляторных частей. Сердцевина 26 S-протеасомы имеет константу седиментации 20S и называется 20S-протеасомы. Она имеет форму бочки, состоящий из 4 замкнутых колец, каждое из которых, в свою очередь, состоит из 7 субъединиц. Два а-кольца размещены по краям бочки, а два ?-кольца составляют среднюю часть (рис. 51). Протеолитическую активность имеют три субъединицы каждого ?-кольца, обозначающие ?1, ?2 и ?5. Активные центры этих субъединиц направлены в полости бочки. Такая структура позволяет сосредоточить все протеолитическую активность протеасомы в полости цилиндра предотвращает неконтролируемое расщеплению белков цитозоля. Итак, каждая 20S-протеасомы имеет 6 каталитически активных субъединиц с тремя различными протеолитическими активностями, т.е. в состав протеасомы входит три разных протеиназы. Для каждого типа каталитически активных субъединиц можно подобрать подходящие ингибиторы, с помощью которых можно исследовать функции протеасом не только in vitro, но и in vivo. При анализе большого количества пептидов, которые появляются в результате деградации в протеасомы, было замечено, что большинство пептидов имеют определенные С-концевые остатки, которые отвечают якорным остаткам антигенных пептидов, снятых с МЧС И есть субстратная специфичность протеасомы приводит расщепление пептидных свя связей с образованием С-концевого лизина или аргинина. Доступ к активным центров каталитических субъединиц 20S-протеасомы контролируется двумя дополнительными 19S-cap-peгуляторнимы частями, которые размещаются «на входе» и «на выходе» из полости протеасомы и в комплексе с 20S-протеасомы образуют 26S-протеасом. Они напоминают две шляпы, натянутые с обеих сторон на бочку (отсюда их название «cap» - от англ. Cap - шляпа). Каждая из 19S-peгуляторних частей состоит из 15 различных субъединиц, главной функцией которых является распознавание полиубиквитиновои метки и развертывания третичной структуры белков, которые попадают в протеасомы и подвергаются деградации.

 

Структура имунопротеасомы. Существенной особенностью протеасом высших позвоночных является то, что они могут изменять свою структуру под действием цитокинов. Так, при действии интерферона ИФН-у на клетки три каталитические субъединицы протеасомы замещаются на их гомологи: ?1-субъединица замещается на LMP2, ?2 - на MECL1 и ?5 - на LMP7 (гены LMP2, MECL1 и LMP7 локализованы в пределах комплекса МЧС.) Это замещение приводит к образованию так называемой имунопротеасомы ИФН-у также индуцирует появление новой регуляторной части РА28, которая называется активатором протеасомы (от англ proteasome activator). PA28 состоит из 3 субъединиц РА28а и 4 субъединиц РА280, которые в собранном состоянии имеют константу седиментации 11S. Активатор РА28 может замещать одну из 19S-регуляторных частей, что повышает протеолитическую активность протеасомы. РА28, возможно, способствует также эффективному сбору имунопротеасомы. Вследствие такой модификации 26S-протеасомы меняется ее активность и специфичность протеолитического действия и соответственно изменяется спектр пептидов, которые она производит. В последние годы было выяснено, что ряд белков по-разному процесуються обычной протеасомы и имунопротеасомою.

 

Определенные преобразования в протеасомы также могут индуцировать не только ИФН-у, а и другие цитокины. Так, ФНО-а может вызывать синтез LMP7, а ИФН-а и ИФН-? могут индуцировать синтез LMP2 в некоторых типах клеток. Однако, скорее всего, такая экспрессия отдельных субъединиц не может вызывать формирование полноценной имунопротеасомы, поскольку замещение всех субъединиц происходит кооперативно, т.е. LMP2 не может войти в состав протеасомы без MECL1, и наоборот. Только субъединица LMP7 может самостоятельно заменять субъединицу ?5. Поэтому можно предположить, что существуют клетки, в которых в состав протеасомы входит LMP7 вместе с субъединицами ?1 и ?2, хотя функциональное значение такой протеасомы неизвестно. Скорее, это способствует образованию большого разнообразия протеасом, которые по-разному процесса и антигены. Функции имунопротеасомы. К. Таnaka с коллегами (1994) впервые описали имунопротеасому как протеасом, способное генерировать пептиды, которые связываются с МЧС и с высокой эффективностью. Это наблюдение было подтверждено на мышах, нокаутних по генам LMP2 и LMP7, в которых презентация некоторых антигенов происходила с меньшей эффективностью. Однако эти мыши обладали способностью эффективно представлять эпитопы других антигенов - свидетельство того, что имунопротеасома не является исключительно необходимым для процессинга вообще. И действительно, большинство известных антигенных пептидов, связанных с МЧС и, экспрессируются клетками, которые имеют стандартную протеасом. Сейчас хорошо охарактеризован антигены, которые эффективнее процесуються имунопротеасомою, чем стандартной протеасомы. Это, как правило, вирусные белки и белки различных внутриклеточных паразитов. С помощью биохимического анализа фрагментов деградации белков протеасомы разного типа было обнаружено два разных механизмы, лежащие в основе усиления процессинга антигенов имунопротеасомою. Во-первых, имунопротеасома активнее выделяет эпитопы с некоторых белков, чем стандартная протеасомы, т.е. имеет большую каталитическую активность. Во-вторых, было замечено, что для некоторых белков, особенно вирусного происхождения, стандартная протеасомы, в отличие от имунопротеасомы, расщепляет дополнительные пептидные связи внутри пептидов, которые могли бы стать готовыми Т-эпитопами. Итак, имунопротеасома не способна разрушать готовы Т-эпитопы, что обеспечивает эффективную презентацию антигена в этом случае. Детальный механизм этого явления остается неясным, однако существует предположение, что активатор протеасомы РА28 облегчает высвобождение пептидов с протеасомы, вследствие чего они не успевают полностью расщепиться. Недавно было обнаружено, что имунопротеасома участвует в презентации собственных белков клетки с меньшей эффективностью, чем стандартная протеасомы. Впервые это было показано в экспериментах на линии аутореактивных ЦТЛ, которые специфически распознавали МЧС И с антигенным пептидом - производным белка RU1. Ген RU1 экспрессируется во многих нормальных и опухолевых клетках, с которыми взаимодействуют эти аутореактивные ЦТЛ in vitro. Однако было замечено, что такая линия ЦТЛ не была способна распознавать В-лимфоциты, трансформированные вирусом Эпштейн-Барр, несмотря на то, что в этих В-лимфоцитах ген RU1 был экспрессированных. Оказалось, что в результате поражения вирусом в этих В-клетках вместо стандартной протеасомы была экспрессированных имунопротеасома, которая не способна прецессировать продукт гена RU1. Кроме того, при обработке опухолевой линии карциномы течение нескольких дней ИФН-у имунопротеасома замещали в этих клетках стандартную протеасом, вследствие чего специфичные к эпитопов RU1 ЦТЛ НЕ распознавали клетки этой опухолевой линии. После того, как влияние ИФН-у на клетки опухолевой линии прекращалось, они через несколько суток восстанавливали способность представлять процесовани продукты гена RU1 и могли уничтожаться специфичными к RU1 ЦТЛ. Итак, стандартная протеасомы очень важна для презентации собственных антигенов, ее полное замещение имунопротеасомою может привести к неполной презентации собственных внутриклеточных белков. Из этих данных можно сделать предположение, имеющих практическое значение. Во-первых, следует осторожно относиться к применению ИФН-у в противоопухолевой терапии, поскольку это может снизить распознавания некоторых антигенов опухолей цитотоксическими Т-лимфоцитами. Во-вторых, можно ожидать, что в некоторых случаях будет целесообразным использовать ИФН-у для терапии аутоиммунных болезней, обусловленных аутореактивных ЦТЛ. Однако следует подчеркнуть, что наши знания о специфичности действия различных типов протеасом недостаточно полные, поэтому окончательные выводы делать еще рано.

 

Расщепление эндогенных антигенов в дендритных клетках Важно, что дендритные клетки конститутивно, т.е. независимо от действия ИФН-у, экспрессируют имунопротеасому. Было также показано, что имунопротеасома конститутивное экспрессированных в клетках различных лимфоидных органов: лимфоузлов, селезенки, тимуса. Незрелые дендритные клетки, полученные из мононуклеарных клеток крови после обработки ГМ-КСФ вместе с ИЛ-4, экспрессируют одинаковое количество стандартных протеасом и имунопротеасом, тогда как зрелые дендритные клетки имеют лишь имунопротеасому. Именно поэтому зрелые и незрелые дендритные клетки способны представить разный набор антигенных пептидов с одних и тех же антигенов.

 

Некоторые теоретические аспекты функционирования имунопротеасом вызывают большой интерес. Например, тот факт, что зрелые дендритные клетки экспрессируют только имунопротеасому, долгое время оставался необъясненным. Сейчас становится ясно, что это является одним из средств поддержания толерантности к собственным антигенам и предотвращения аутоиммунным болезням. На зрелых дендритных клетках существенно снижена экспрессия эпитопов собственных белков организма. А дендритные клетки - это единственный тип клеток, способных активировать наивные CD8T - лимфоциты. Итак, активация на периферии с помощью дендритных клеток потенциально аутореактивных ЦТЛ, которые не были устранены в результате негативной селекции в тимусе, достаточно маловероятной. Это свойство дендритных клеток сейчас начинают интенсивно изучать в связи с возможностью коррекции иммунитета при онкологических и аутоиммунных заболеваниях.

 

Одним из направлений, активно развивается, является разработка противоопухолевых вакцин. Например, установлено, что большинство протективных Т-эпитопов антигенов, характерных для меланомы, в норме не представляется на дендритных клетках. Это связано с тем, что имунопротеасома НЕ прецессирует эти антигены. Однако, если уже готовы антигенные пептиды ввести непосредственно в цитоплазму дендритных клеток, такие дендритные клетки начинают экспрессировать МЧС и в комплексе с этими пептидами и активируют ЦТЛ, которые способны уничтожать клетки меланомы. Были также успешно применены минимальные гены (мини-гены), которые кодируют эти антигенные пептиды, в составе генетических векторов. Трансфекована такими векторами дендритных клеток приобретала способности активировать необходимые ЦТЛ. Другим подходом является применение незрелых дендритных клеток, экспрессирующих как имунопротеасому, так и стандартную протеасом. Эти клетки могут фагоцитировать специфические для меланомы антигены и после активации способны сами активировать ЦТЛ.

 

Итак, имунопротеасома является компетентным сравнению со стандартной в процессинга вирусных антигенов, а также антигенов других инфекционных агентов, паразитирующие в цитоплазме клеток. Она генерирует спектр пептидов, которые хорошо отвечают требованиям для связывания с МЧС И. Однако большинство эпитопов собственных белков организма, а также белков, специфичных для определенных опухолей, не процесуються имунопротеасомою. Конститутивная экспрессия имунопротеасомы в зрелых дендритных клетках объясняет неэффективность ЦТЛ в борьбе с некоторыми опухолями и открывает возможности для создания противоопухолевых вакцин и иммунотерапии опухолевого роста.


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+