Рецепторы опознавания паттерна

Рецепторы опознавания паттерна, или образ-распознающие рецепторы, — это белки, присутствующие на поверхности клеток иммунной системы и способные узнавать стандартные молекулярные структуры (паттерны), специфичные для больших групп патогенов. Их также называют рецепторами, опознающими патоген. По сравнению с системой адаптивного иммунитета, такие рецепторы и связанные с ними механизмы иммунной защиты являются эволюционно более древними.

Опознаваемые молекулы

Рецепторы опознавания паттерна в ходе эволюции были отобраны по специфичности к бактериальному липополисахариду и гликопротеинам, содержащим остатки маннозы, а также к некоторым видам нуклеиновых кислот, пептидам (флагеллин, белок бактериального жгутика, бактериальные пептидогликаны), липотейхоевым кислотам, липопротеинам. Кроме того имеются рецепторы, опознающие сигналы клеточного стресса, например, мочевую кислоту.

Классификация рецепторов

Рецепторы опознавания паттерна классифицируют по специфичности к лиганду, функции, локализации и по происхождению в эволюции. По функции они делятся на два класса: сигнальные и эндоцитозные.

  • Сигнальные рецепторы опознавания паттерна включают, например, толл-подобные рецепторы.
  • Эндоцитозные рецепторы опознавания паттерна, например, маннозные рецепторы макрофагов, необходимы для прикрепления, поглощения и процессирования микроорганизмов фагоцитами независимо от внутриклеточной передачи регуляторного сигнала. Кроме патогенов они опознают также апоптозные клетки.

Мембранные рецепторы опознавания паттерна

Рецепторы-киназы

Впервые рецепторы опознавания паттерна были открыты у растений[1]. Позже множество гомологичных рецепторов было обнаружено при анализе геномов растений (у риса 370, у Arabidopsis — 47). В отличие от рецепторов опознавания паттерна у животных, которые связывают внутриклеточные протеинкиназы с помощью адапторных белков, растительные рецепторы представляют собой один белок, состоящий из нескольких доменов, внеклеточного, опознающего патоген, внутриклеточного, обладающего киназной активностью, и трансмембранного, связывающего первые два.

Толл-подобные рецепторы

Основная статья: Толл-подобные рецепторы

Этот класс рецепторов опознает патогены вне клеток или в эндосомах[2]. Они были впервые обнаружены у дрозофилы и индуцируют синтез и секрецию цитокинов, необходимых для активации иммунного ответа. В настоящее время толл-подобные рецепторы обнаружены у многих видов. У животных их насчитывают 11 (TLR1-TLR11). Взаимодействие толл-подобных рецепторов с лигандами приводит к индукции сигнальных путей NF-kB и МАР-киназы, которые, в свою очередь, индуцируют синтез и секрецию цитокинов и молекул, стимулирующих презентацию антигена[3].

Цитоплазматические рецепторы опознавания паттерна

Nod-подобные рецепторы

Основная статья: Nod-подобные рецепторы

Nod-подобные рецепторы — это цитоплазматические белки с различными функциями. У млекопитающих их найдено около 20, и большинство из них подразделяют на два главных подсемейства: NOD и NALP. Кроме того, к этому семейству рецепторов относят трансактиватор главного комплекса гистосовместимости класса II и некоторые другие молекулы. Опознавая патоген внутри клетки, рецепторы олигомеризуются и образуют инфламмасому, активирующую ферменты протеолитической активации цитокинов, например, интерлейкина 1 бета. Рецепторы активируют также сигнальный путь NF-kB и синтез цитокинов[4][5].

NODS
Известны два главных представителя: NOD1 и NOD2. Связывают два разных бактериальных пептидогликана[6].
NALPS
Известно 14 белков (NALP1 — NALP14), которые активируются бактериальными пептидогликанами, ДНК, двухцепочечной РНК, парамиксовирусом и мочевой кислотой. Мутации некоторых из NALPS являются причиной наследственных аутоиммунных заболеваний.
Другие Nod-подобные рецепторы
Такие молекулы, как IPAF и NAIP5/Birc1e также индуцируют протеолитическую активацию цитокинов в ответ на появление сальмонеллы и легионеллы.

РНК хеликазы

Индуцируют антивирусный иммунный ответ после активации вирусной РНК. У млекопитающих это три молекулы: RIG-I, MDA5 и LGP2.

Секретируемые рецепторы опознавания паттерна

Многие рецепторы опознавания паттерна, например, рецепторы комплемента, коллектины и пентраксины, к которым, в частности, относится C-реактивный белок, не остаются в синтезирующей их клетке и попадают в сыворотку крови[7]. Одним из важнейших коллектинов является лектин, связывающий маннозу; он опознает широкий спектр патогенов, в состав клеточной стенки которых входит манноза, и индуцирует лектиновый путь активации системы комплемента[8].

Примечания

  1. ↑ Song W. Y., Wang G. L., Chen L. L., Kim H. S., Pi L. Y., Holsten T., Gardner J., Wang B., Zhai W. X., Zhu L. H., Fauquet C., Ronald P. A receptor kinase-like protein encoded by the rice disease resistance gene, Xa21 (англ.) // Science : journal. — 1995. — December (vol. 270, no. 5243). — P. 1804—1806. — PMID 8525370.
  2. ↑ Beutler B., Jiang Z., Georgel P., Crozat K., Croker B., Rutschmann S., Du X., Hoebe K. Genetic analysis of host resistance: Toll-like receptor signaling and immunity at large (англ.) // Annu. Rev. Immunol. : journal. — 2006. — Vol. 24. — P. 353—389. — doi:10.1146/annurev.immunol.24.021605.090552. — PMID 16551253.
  3. ↑ Doyle S. L., O'Neill L. A. Toll-like receptors: from the discovery of NFkappaB to new insights into transcriptional regulations in innate immunity (англ.) // Biochem. Pharmacol.[англ.] : journal. — 2006. — October (vol. 72, no. 9). — P. 1102—1113. — doi:10.1016/j.bcp.2006.07.010. — PMID 16930560.
  4. ↑ Ting J. P., Williams K. L. The CATERPILLER family: an ancient family of immune/apoptotic proteins (англ.) // Clin. Immunol. : journal. — 2005. — April (vol. 115, no. 1). — P. 33—7. — doi:10.1016/j.clim.2005.02.007. — PMID 15870018.
  5. ↑ Inohara, Inohara, McDonald C., Nuñez G. NOD-LRR proteins: role in host-microbial interactions and inflammatory disease (англ.) // Annu. Rev. Biochem.[англ.] : journal. — 2005. — Vol. 74. — P. 355—383. — doi:10.1146/annurev.biochem.74.082803.133347. — PMID 15952891.
  6. ↑ Strober W., Murray P. J., Kitani A., Watanabe T. Signalling pathways and molecular interactions of NOD1 and NOD2 (англ.) // Nat. Rev. Immunol. : journal. — Nature Publishing Group, 2006. — January (vol. 6, no. 1). — P. 9—20. — doi:10.1038/nri1747. — PMID 16493424.
  7. ↑ Wang G. L., Ruan D. L., Song W. Y., Sideris S., Chen L., Pi L. Y., Zhang S., Zhang Z., Fauquet C., Gaut B. S., Whalen M. C., Ronald P. C. Xa21D encodes a receptor-like molecule with a leucine-rich repeat domain that determines race-specific recognition and is subject to adaptive evolution (англ.) // Plant Cell : journal. — 1998. — May (vol. 10, no. 5). — P. 765—779. — PMID 9596635. — PMC 144027.
  8. ↑ Dommett R. M., Klein N., Turner M. W. Mannose-binding lectin in innate immunity: past, present and future (англ.) // Tissue Antigens[англ.] : journal. — 2006. — September (vol. 68, no. 3). — P. 193—209. — doi:10.1111/j.1399-0039.2006.00649.x. — PMID 16948640.