Войти
Связанные с иммунитетом гуанозинтрифосфатазы или IRG - это белки, активируемые как часть раннего иммунного ответа. IRG были описаны у различных млекопитающих, но наиболее хорошо охарактеризованы у мышей. Активация IRG в большинстве случаев вызывается иммунным ответом и приводит к удалению определенных патогенов.
Рисунок 1: Кристаллическая структура IRG мыши (PDB id 1TQ6) Интерферон (IFN) -индуцируемые GTPases охватывают четыре семейства белков, включая миксовирусные резистентные белки (Mx), гуанилат-связывающие белки (GBP), связанные с иммунитетом белки GTPase (IRG) и очень большие индуцибельные белки GTPase (VLIG). IRG придают устойчивость к вакуолярным патогенам, локализуясь и разрушая фагоцитарную вакуоль во время инфекции. Активация IRG у мышей индуцируется интерфероном. Гены IRG были идентифицированы у различных позвоночных и некоторых беспозвоночных. Они участвуют в важной иммунной защите от внутриклеточных патогенов и в результате стали мишенью для уклонения от иммунитета со стороны этих патогенов. Было показано, что внутриклеточный простейший паразит Toxoplasma gondii нацелен на IRG у мышей, обеспечивая устойчивость со стороны иммунного ответа хозяина.
IRG произошли от беспозвоночных
Исследования по определению эволюционного происхождения позвоночных животных привели к пониманию развития процессов иммунной системы и, кроме того, ответили на вопросы о том, как и почему патогены узнали чтобы избежать и закрыть эти выбираемые генетические черты. У беспозвоночного Branchiostoma floridiae идентифицировано восемь функциональных и четыре псевдо-IRG гена. Ли и др. определили паттерны экспрессии функциональных IFN-индуцибельных генов GTPase в Branchiostoma japonicum в различных иммунологических сайтах при индуцировании патогенами и патогенными веществами. Эти данные свидетельствуют о том, что IRG могут действовать как иммунные функции у цефалохордовых. Остается парадоксом, что эти IRG функционируют без индукции путями активации IFN, поскольку B. japonicum и другие виды amphioxus не обладают генами рецепторов IFN и IFN. Возможно, что IRG существовали до Кембрийского взрыва в качестве врожденного иммунного механизма, а с развитием адаптивной иммунной системы у позвоночных IFN эволюционировал, чтобы модулировать функцию IRG.
Позвоночные животные развили набор генов IRG в целом, возможно, из-за эволюции между различными взаимодействиями патогенов. Мышь C57BL / 6 имеет 23 гена IRG, из которых 21 может иметь функциональную устойчивость к патогенам (6 хорошо охарактеризованы), тогда как у людей развился только 1 функциональный ген IRG (IRGM) и один псевдоген.. Исследования на мышах охарактеризовали важность эффекторной молекулы IFNγ типа 2 в различных типах клеток и продолжили определение важности этих белков для внутриклеточной устойчивости к патогенам.
Ортологические гены Irgc (также известные как Cinema) обнаружены в люди и мыши. Эти ортологи не индуцируются IFN и экспрессируются только в семенниках обоих млекопитающих. Множественные гены IRG были идентифицированы у собак и рыбок данио, но мало - в модельном организме Tetraodontidae (рыба-иглобрюх). Считается, что гены IRG у людей были потеряны в результате расхождения приматов. Различия между видами и внутри видов предполагают высокую скорость эволюционных изменений этого конкретного элемента взаимодействия патогенов-хозяев и подчеркивают важность понимания ограничений использования модельных систем для изучения иммунологии человека.
Зависимость от IRG лучше всего проиллюстрирована в исследованиях на мышах. Для определения функции IRG было проведено множество исследований с использованием моделей нокаута мышей. Определены механизмы выведения патогенов через созревание лизосом и разрушение вакуолей. Кроме того, IRG участвуют в контроле гематопоэтического баланса во время инфекции. Мыши с нокаутом Irg1, инфицированные Mycobacterium, привели к панцитопении в результате неадекватной размножения гемопоэтических стволовых клеток.
Рисунок 2: Эффекты генетических полиморфизмов . Полиморфизм хозяина в локусах IRG может изменять способность клеток устранять вакуолизированный патоген. В качестве альтернативы патогены, содержащие вариации кодирования эффекторных белков, могут обойти клеточный ответ на инфекцию, чтобы создать среду, допускающую патогены. Геном мыши кодирует 23 IRG, некоторые из которых, как было показано, широко экспрессируются (печень, сердце, селезенка, кишечник, тимус, легкое, семенники, почки, мозг, кожа) в ряде типов клеток и значительно активируются после воздействия мощной иммунной эффекторной молекулы гамма-интерферона, IFNγ. IRG подразделяются на два дополнительных класса в зависимости от режима деятельности и механизма. Класс GSK (Irga6, Irgb6 и Irgd) считается канонической группой GTPases, тогда как вторая группа белков GMS, которые имеют от лизина до метионина мутация в активном сайте, функция предотвращения преждевременной активации путем связывания с нуклеотидным связывающим мотивом аналогично ингибиторам диссоциации гуанозиновых нуклеотидов (GDI). Субклеточная локализация IRG вариабельна; Irga6 и Irgm3 преимущественно обнаруживаются в эндоплазматическом ретикулуме, Irgm1 и Irgm2 локализованы в аппарате Гольджи, и по крайней мере два IRG (Irgb6 и Irgd) были обнаружены преимущественно в пределах цитозоль. После проникновения Toxoplasma gondii в клетку, IRG могут быстро перераспределяться на мембрану паразитофорной вакуоли (PVM) в течение 2–30 минут. Примерный порядок декорирования PVM был определен, начиная с загрузки Irgb6 и Irgb10, за которыми следуют Irga6, Irgd и Irgm2. Слабая локализация Irgm3 на вакуолях T. gondii также встречается в редких случаях. Считается, что активация IRG следует за GTP-зависимым циклом IRG-IRG олигомеризации. Считается, что загрузка «первых» IRG в вакуоль значительно улучшает набор дополнительных IRG в кооперативном режиме.
Патогены совместно развили уникальные механизмы, препятствующие различным этапам, ведущим к ассоциации полного набора IRG, необходимых для образования вакуолярного деструктивного комплекса. Один такой пример был выяснен путем инфицирования вирулентными и рекомбинантными, авирулентными штаммами T. gondii. Сложный механизм демонстрирует одновременное развитие взаимодействия между двумя видами. Недавно было показано, что rhoptry эффекторная молекула T. gondii типа I Rop18, серин-треонинкиназа, избирательно фосфорилирует и инактивирует «пионерные» IRG, тем самым предотвращая их сборка, активация и разрушение вакуоли T. gondii в моноцитах.
Было показано, что помимо роли IRG в инфекции T. gondii, клиренс Mycobacterium, Mtb, также отрицательно влияет на мышей, лишенных Irgm1, ключевого отрицательного регуляторного IRG. Считается, что механизм клиренса включает взаимодействия липидов, которые помогают нацеливать IRG на Mtb, содержащие фагосомы внутри макрофагов.
Рисунок 3 : После инвазии количество облигатных внутриклеточных паразитов, увеличение гамма-интерферона приводят к усилению синтеза ИРГ. Специфический контекст и локализация активированных IRG могут привести к активации нескольких интегрированных клеточных путей, что приводит либо к колонизации клетки-хозяина, гибели паразита и / или гибели инфицированной клетки через один из путей гибели клетки. Ряд патогенов также могут иметь эффекторные молекулы, которые могут влиять на активацию клеточных процессов после активации IRG. Другой пример роли IRG в мышиной модели инфекции демонстрируется дифференциальным набором IRG, которые изменяют результат Chlamydia trachomatis, адаптированный человек, по сравнению с Chlamydia muridarum, адаптированный мышь, включения после записи. Включения C. trachomatis привлекают полный репертуар IRG, которые способствуют удалению включения посредством слияния с лизосомами. Было обнаружено, что регуляция экспрессии и активности IRG в этой модели зависит как от уровней фосфолипазы C, cPLA2, так и от восходящей передачи сигналов IFN. cPLA2 нулевые мышиные клетки при заражении C. trachomatis были менее способны очищать патоген по сравнению с клетками с надлежащей экспрессией cPLA2. Модель подчеркивает совместную эволюцию, продемонстрированную эффекторными молекулами C. muridarum, функционирующими для ограничения накопления мышиных IRG на включениях путем модификации Irgb10, в то время как человеческий патоген неспособен изменять ответ мыши на IRG. Этот механизм требует дополнительного вовлечения аппарата клеточной аутофагии, что контрастирует с активацией некротического пути в клиренсе T. gondii. Уточненный механизм потребует дополнительных исследований для выяснения взаимодействия между механизмом аутофагии и IRG, участвующими в слиянии бактериальных включений с лизосомой, а также конкретными бактериальными эффекторными молекулами, используемыми для управления скоординированными действиями IRG..
Помимо роли Irgm1 в очищении от паразитов, была предложена цитопротекторная роль зрелых CD4 + Т-клеток после воздействия IFNy в TH1 ответ. Сообщалось, что у мышей без Irgm1 развилась панцитопения после инфицирования как Mycobacterium avium, так и Trypanosoma cruzi. Этот фенотип был обратным при представлении в модели двойного нокаута IFNγ / Irgm1. Эти исследования предоставили доказательства того, что роль IRG может оказаться не только очень скоординированной в пространственном и временном регулировании, но и что у них есть контекстно-зависимые вспомогательные роли вне традиционных развития и созревания фаголизосом. 61>
Есть только три предполагаемых гена IRG у людей, из которых IRGM, как известно, является ортологом Irgm1 мыши. Существует четыре изоформы IRGM (a-d). В отличие от мышиного IRG, изоформы IRGM человека всегда экспрессируются под элементом ERV9 человеческого ретровируса и не зависят от уровней IFNγ. IRGMb и d имеют предполагаемый мотив G5 (SAK) в своей С-концевой хвостовой области, в то время как две другие изоформы не имеют. IRGMd, по-видимому, диффундирует в цитоплазму и перемещается в митохондрии, проявляясь в виде точечных точек. Кроме того, было показано, что он связывается с липидом митохондриальной мембраны, кардиолипином и влияет на изменение морфологии органелл. В целом IRG человека также влияет на несколько процессов, таких как аутофагия, деление митохондрий, изменение потенциала митохондриальной мембраны и гибель клеток.
Рисунок 4: Предполагаемый механизм действия Human IRGM . При умеренном или низком уровне экспрессии IRGM постоянно исследуют такие сигналы, как проникновение патогена, голодание или повышение уровней IFNγ. При встрече с патогеном включаются пути деления митохондрий, что приводит к аутофагии и микробной очистке, способствующей выживанию клетки-хозяина. При высокой экспрессии IRGMd связывается с липидом, связанным с митохондриальной мембраной, называемым кардиолипином, и перемещается в митохондрии. Это приводит к деполяризации, потере потенциала митохондриальной мембраны и стимулирует проапоптотическую Bax / Bak зависимую гибель клеток-хозяев. Было показано, что IRGM человека, как и его мышиный аналог, играет роль в аутофагии, механизм которой полностью не выяснен. понял. LC3 - это растворимый белок, связанный с микротрубочками, обнаруженный в тканях млекопитающих. Цитоплазматические белки и органеллы поглощаются аутофагосомами, которые превращают LC3-I в LC3-II. Присутствие LC3-II служит маркером аутофагии и может быть обнаружено с помощью иммунофлуоресценции или иммуноблоттинга. IRGM помогает преобразовать LC3-I в LC3-II в макрофагах. КСИР выполняют двойную роль. Когда они экспрессируются на очень низких уровнях, они служат для защиты от внутриклеточных патогенов, но когда изоформы a, c и d чрезмерно экспрессируются, это приводит к гибели клеток и воспалению.
Исследования показывают, что отсутствие IRGM является фактором риска развития болезни Крона и туберкулеза. Люди используют IRGM в качестве защитного механизма против внутриклеточных бактерий Mycobacterium tuberculosis. Было обнаружено, что он играет важную роль в созревании фагосом и в снижении количества внутриклеточных микобактерий с помощью других белков деления митохондрий, таких как DRP1 и FIs1. При определенных условиях деление митохондрий и связанные с ним белки способствуют аутофагии, тогда как слияние митохондрий ингибирует то же самое. В условиях, индуцирующих аутофагию, IRGM также увеличивает продукцию ROS (Reactive Oxygen Species ).
Высокий уровень IRGMd вызывает деление митохондрий, приводит к потере потенциала митохондриальной мембраны и вызывает гибель клетки-хозяина. Деление также связано с митохондриальным Bax / Bak зависимым апоптозом, и IRGMd требует, чтобы эти белки были функциональными. Гибель клеток под действием IRGM не зависит от аутофагии, но зависит от вышеупомянутых проапоптотических факторов. В результате гибели клеток, вызванной IRGM, умирающие и некротические клетки высвобождают ядерный HMGB1, провоспалительный сигнал тревоги, связанный с болезнью Крона.
