Журнал «Здоровье ребенка» 1 (44) 2013

Введение

Семейство NOD-подобных (CATERPILLER) рецепторов человека объединяет 22 интрацеллюлярных иммунных протеина, идентифицированных в результате поиска APAF-подобных молекул, общей чертой которых является наличие доменов NOD/NBD (nucleotide binding oligomerisation domain) и LRR (leucine-richrepeats) повторов, благодаря чему их также называют NOD/NBD-LRR протеины. Протеины NLR семейства как факторы защиты широко распространены в растительном мире. За последние 15 лет у растений были идентифицированы и охарактеризованы сотни генов, кодирующих протеины NLR, которые получили название «гены резистентности», или «R-гены». Так у Arabidopsis thaliana идентифицировано 150, у рисовых — 600 R-генов. Все белки NLR принадлежат к ААА+ суперсемейству АТФаз. Для полноценного функционирования протеинов NLR необходимыми аксессуарными молекулами являются: белок теплового шока 90 (heat-shockprotein 90 — HSP90) и убиквитинлигаза-ассоциированный протеин SGT1 (ubiquitinligase-associated protein suppressor of the G2 allele of Skp1). HSP90 и SGT1 стабилизируют молекулу NLR протеинов, а HSP90 тонко изменяет конформацию лигандсвязывающего кармана NLR протеинов, как бы индуцируя возникновение рекогниционно-компетентного состояния молекулы [1, 10, 19, 22, 28].

Краткая характеристика NLR протеинов

Характеристика протеинов семейства NLR представлена в табл. 1.

Протеины NLR семейства человека образуют несколько филогенетических субсемейств (A-E): субсемейство NLRP (14 протеинов), субсемейство NLRC (5 протеинов) и субсемейства NLRB, NLRX, CIITA. Основным дифференцирующим фактором, разделяющим протеины на субсемейства, является структура N-терминального домена. Так, протеины субсемейства NLRA содержат кислый трансактивирующий домен; NLRB — BIR домен; NLRC — CARD; NLRP — пириновый домен (рис. 1) [20, 26, 31, 35].

Общая характеристика молекулярной структуры протеинов NLR семейства

Структурно протеины NLR семейства представляют собой большие многодоменные белки с трехпартитурной архитектурой. Характерными признаками протеинов NLR семейства являются наличие в N-конце молекулы эффекторного домена; в центральной части — нуклеотидсвязывающего домена (nucleotide-bindingdomain — NBD)/домена олигомеризации нуклеотидов (NOD или NACHT); в C-терминальном конце — домена, богатого лейциновыми повторами (leucine-richrepeats — LRR) (рис. 2, 3) [5, 32].

Эффекторные домены

Вариабельный N-терминальный эффекторный регион NLR может быть представлен различными доменами, которые участвуют в белково-белковых взаимодействиях, такими как домен активации и рекрутирования каспаз (caspase activation and recruitment domain — CARD); пириновый домен (pyrin domain — PYD); кислый трансактивирующий домен; домен, содержащий повторы бакуловирусного ингибитора апоптоза (baculovirus inhibitor of apoptosis repeat — BIR) [8, 27, 34, 36].

CARD и PYD являются представителями семейства смертельных доменов (DD) и смертельных эффекторных доменов (DED), которые участвуют в развитии апоптоза и воспалительного процесса. Первоначально домен CARD был идентифицирован как аминокислотный мотив, который взаимодействует с каспазами. В отличие от CARD доменов проапоптотических протеинов CARD домен NLR (NLRC1/NOD1 и NLRC2/NOD2) участвует во взаимодействиях с одноименным доменом серин-треониновой киназы рецептор-взаимодействующего протеина 2 (receptor-interactingprotein 2 (RIP2)/kinase/serine-threonine Rip-like interactive clarp kinase (RICK)/CARDIAK)), добиваясь активации провоспалительного каскада через индукцию фактора транскрипции NF-kB [34].

Пириновый (PYR) домен, трехмерная структура которого напоминает CARD, участвует исключительно в PYD-PYD взаимодействиях. Домен PYD протеинов семейства NLR взаимодействует с пириновым доменом адаптерной молекулы ASC, которая рекрутирует каспазу-1 [27].

Известны два типа BIR доменов: I тип содержится в протеинах из семейства ингибиторов протеинов апоптоза (inhibitor of apoptosis proteins— IAP), II тип — в протеинах Survivin/BIRC5 и Bruce/BIRC6 [7]. BIR домены характеризуются наличием трех консервативных цистеиновых остатков и одного консервативного гистидинового остатка в аминокислотной последовательности CX2CX16HX6-8C. У человека идентифицировано 6 генов, кодирующих протеины IAP. Это гены XIAP, cIAP-1, cIAP2, NAIP, ML-IAP и ILP-2. Протеины IAP семейства, используя BIR домены, участвуют в регуляции апоптоза, прямо ингибируя каспазы различной локализации, ингибиторы нейронального апоптоза (NAIP) инактивируют каспазу-3, каспазу-7, каспазу-9 в нервной ткани. На основании молекулярно-генетического анализа сигнальных путей трансдукции было установлено, что NAIP5 в комплексе с адаптерным протеином ASC является ключевым компонентом в процессе реализации ответа макрофагов на появление в цитоплазме клетки флагеллина Legionella pneumophila [7, 25, 27].

NBD домен

Центральная область молекулы организована доменом связывания нуклеотидов и олигомеризации (nucleotide binding oligomerisation domain — NOD), который в последнее время получил название NACHT (domain present in neuronal apoptosis inhibitor protein (NAIP), the major hiistocompatibility complex (MHC) class II transactivator (CIITA), HET-E and TP1) — нуклеотид-связывающий домен (NACHT nucleotide binding domain — NBD), принадлежащий к семейству STAND АТФаз. Учитывая, что мутации в ATФ-связывающем сайте (Walker’s A box) или в магнийсвязывающем сайте (Walker’s B box) отменяют передачу сигналов от NLR, домен NBD является основным модулем, функционирование которого предопределяет активацию эффекторных доменов NLR. У большинства протеинов NLR рядом с NACHT располагается NACHT-ассоциированный домен (NAD) [3, 24, 33, 36].

LRR домен

LRR домен был впервые описан Naoyuki Takahashi в 1985 году [30] как последовательность из 24 аминокислотных остатков с высоким содержанием остатков лейцина. В настоящее время известно более тысячи различных LRR доменов, которые идентифицированы в молекулярных структурах вирусного, бактериального и животного происхождения. Последовательности LRR являются протеиновыми мотивами, которые участвуют в белково-белковых взаимодействиях, регулируя процессы протеиновой активации [18, 21].

С-терминальная область молекул NLR содержит по меньшей мере два LRR домена. Последовательности LRR образованы из 20–29 аминокислотных остатков и содержат консервативный 11-резидуальный сегмент с консенсусной последовательностью LxxLxLxxN/CxL (где x — остаток любой аминокислоты, L — остатки валина, изолейцина или фенилаланина, N/C — аспарагин/цистеин) [21]. Лейциновые повторы формируют дугообразную или подковообразную форму трехмерной структуры LRR домена (рис. 4). LRR области NLR участвуют в распознавании патоген-ассоциированных молекулярных структур (PAMP) инфекционных агентов. При изучении общей структуры комплексов LRR-лиганд было установлено, что сайт, связывающий PAMP, расположен на вогнутой поверхности «подковы» LRR домена [9.] Однако до настоящего времени нет фактических доказательств, прямо свидетельствующих о физическом взаимодействии LRR доменов протеинов NLR с лигандами [36]. По мнению Qing Zhang и соавт. [37], функциональная близость и гомология молекулярной архитектуры доменов представителей TLR и NLR суперсемейств обусловлены параллельной эволюцией различных генов.

Локализация и экспрессия протеинов NLR семейства

NLR локализованы внутриклеточно и экспрессированы во множестве различных клеток — от иммуноцитов до эпителиоцитов, однако определенные представители NLR-семейства преимущественно или исключительно экспрессируются фагоцитирующими клетками (макрофагами и нейтрофилами) (табл. 2) [6, 17].

Заключение

Протеины NLR семейства человека участвуют в распознавании внутриклеточно расположенных РАМР инфекционных агентов, в индукции процесса воспаления, развитии иммунного ответа и множестве других физиологических реакций. Однако физиологическая роль многих протеинов NLR семейства остается до настоящего времени неизвестной [2, 13, 20, 32]. Рассматривая роль протеинов NLR семейства в инфекционно-воспалительном процессе, можно условно выделить три группы: 1) группу протеинов, участвующих в рекогниции PAMP, DAMP и индуцирующих воспаление; 2) группу протеинов, участвующих в ингибиции воспалительного процесса, 3) группу протеинов с неизвестным физиологическим значением (рис. 5).