Конститутивный интерферон играет важную роль в качестве регулятора RIPK-зависимого воспаления

В иммунологии воспалению, как сложному биологическому ответу организма на патоген, поврежденные клетки или внешний/внутренний раздражитель, всегда будет отводиться особое место. Изучение механизмов возникновения и протекания воспаления — это, в первую очередь, изучение молекулярных и биохимических реакций, а иногда и целых массивных каскадов таких реакций. При патологических состояниях существует потребность ингибировать, либо индуцировать реакцию воспаления. Задача ученых состоит в анализе и выделении ключевых молекул, участвующих в развертывании воспалительных реакций и способных регулировать этот процесс. В некоторых случаях, чрезмерная передача воспалительных сигналов может быть вредной для выживания хозяина.

Клеточная гибель и воспаление являются двумя в значительной степени взаимосвязанными процессами, которые имеют решающее значение для защиты хозяина от инфекции. Так например, некроптоз — особый тип программируемoй клеточной смерти, вызывающий сильный ответ как со стороны врождённого, так и приобретённого иммунитета. Такой иммунный ответ достигается за счет синтеза воспалительных цитокинов. Это отличает некроптоз от апоптоза (невоспалительной клеточной смерти).

История о том, как конститутивный интерферон играет важную роль в качестве регулятора RIPK-зависимого воспаления, изображение №2
 

Процесс некроптоза связан с рецепторами смерти на поверхности клетки и запускается в тех случаях, когда CASP8 (каспаза 8, ключевой регулятор апоптоза) заблокирована специфическим ингибитором (например, zVAD или вирусными белками). Участниками некроптоза являются специальные ферменты в цитоплазме, обладающие киназной активностью, то есть способные фосфорилировать или дефосфорилировать белки. Данные ферменты (киназы) относятся к семейству взаимодействующих с рецептором протеинкиназ (RIPK -Receptor-interacting protein kinase).

Некроптоз

В некроптозе принимает участие RIPK1, которая активирует RIPK3. Комплекс этих двух киназ и белкового адаптера FADD или TRADD, в зависимости от активированного рецептора смерти, называют некросомой. Некросома активирует следующий ключевой белок MLKL (Mixed lineage kinase domain-like protein или псевдокиназа). Активированный MLKL связывается с фосфолипидами (фосфатидилинозитолфосфатами) в мембране клеток, что приводит изменению тока ионов натрия или кальция через ионные каналы. Вход ионов в клетку увеличивает осмотическое давление внутри неё, что способствует разрушению мембраны. Таким образом, комплекс RIPK1 и RIPK3 важен для запуска некроптоза.

Однако, в биологии не существует одного универсального механизма, всегда возможны сдвиги, изменения в регуляции, другие пути активации и прочее. Поэтому важно понять разнообразие эффектов активности RIPK в защите хозяина от патогена.

21 января 2020, в журнале Cell Reports вышла статья нашей лаборатории и зарубежных коллег из Университета Тафтса «Constitutive Interferon Attenuates RIPK1/3-Mediated Cytokine Translation». Было изучено как киназная активность RIPK1 / 3 регулирует трансляцию цитокинов в макрофагах мыши и человека, и как с этим процессом связан интерферон.

Оказалось, конститутивная активация сигнального пути, запускаемого интерфероном первого типа (IFN-I), определяет решение клеток активировать клеточную смерть или ответить индукцией синтеза воспалительных цитокинов. Отсутствие передачи сигналов IFN предотвращает некроптоз, а также способствует устойчивому воспалительному ответу, зависящему от комплекса RIPK1 / 3. Но за счет чего это достигается?

Эта работа показывает, что киназная активность RIPK1 / 3 влияет на продукцию цитокинов на уровне трансляции в ответ на активацию иммунных клеток LPS (липополисахаридом) и zVAD (ингибитором CASР8). В частности, показано, что активность киназы RIPK1 / 3 необходима для активации ряда белков, запускающих и регулирующих трансляцию цитокинов (4E-BP, AKT1 и mTORC1). В то время как конститутивный интерферон ингибирует этот процесс, а именно киназзависимую активацию RIPK1 / 3 белками AKT1 и mTORC1, предотвращая фосфорилирование белка 4E-BP.

Конститутивная активация сигнального пути, запускаемого интерфероном первого типа (IFN-I), определяет решение клеток активировать клеточную смерть или ответить индукцией синтеза воспалительных цитокинов
 
Конститутивная активация сигнального пути, запускаемого интерфероном первого типа (IFN-I), определяет решение клеток активировать клеточную смерть или ответить индукцией синтеза воспалительных цитокинов

Таким образом, воспалительный ответ может подавляться передачей сигналов интерферона I типа. Низкоуровневая конститутивная передача сигналов IFN ослабляет инициацию трансляции (одну из стадий синтеза) цитокинов. Также наши результаты показывают, что регуляция трансляции цитокинов с помощью киназной активности RIPK и конститутивной передачи сигналов IFN сохраняется между макрофагами мыши и человека в ответ на обработку LPS / zVAD. Это имеет физиологическое и практическое значение, так известны многочисленные бактерии, которые способны вызывать RIPK-управляемый некроптоз (Staphylococcus aureus, Serratia marcescens). Возможно, что RIPK1 / 3 может стимулировать воспалительные реакции независимо от механизма гибели клеток.

______________________

Эксперименты были проведены на макрофагах, полученных из костного мозга лабораторных мышей и мононуклеарных клетках переферической крови человека от New York Biologics. Эта работа была поддержана грантами NIH AI056234, AI126050 и AI135369, Российским научным фондом, проект 15-15-00100 (RNA-seq) для AP, и грантом NIAID T32-AI-007077 для программы аспирантуры по иммунологии.

 
 

 
 
 

«Cell death in immunity and inflammation»

С 6 по 9 октября в Греции проходила масштабная конференция EMBO «Cell death in immunity and inflammation». Ее цель — собрать круг ученых, заинтересованных в изучении клеточной гибели, а также роли данного процесса в иммунитете, воспалении и патогенезе различных заболеваний. Акцент делается на фундаментальных механизмах регуляции гибели клеток в животном и растительном царстве, а также роли различных типов клеточной гибели в физиологии и патологии организма. Рассматриваются и современные концепции терапии различных заболеваний, основанных на механизмах клеточной гибели.

На сессии «гибель клеток и воспаление» 9 октября выступил руководитель нашей лаборатории Александр Полторак с докладом «cFLIPL защищает макрофагов от LPS-индуцированного пироптоза и высвобождения IL-1β».

http://meetings.embo.org/event/19-cell-death

МИЛЛИОН СПОСОБОВ УМЕРЕТЬ — РЕГУЛЯЦИЯ ВОСПАЛИТЕЛЬНОЙ КЛЕТОЧНОЙ СМЕРТИ

«Миллион способов умереть — регуляция воспалительной клеточной смерти» — с таким названием лекции выступил Александр Николаевич Полторак (Tufts University, Boston, USA; ПетрГУ) 19 апреля 2019 г. на заседании Санкт-Петербургского научного общества иммунологов

Адрес:
ул. Академика Павлова, 12,
Институт экспериментальной медицины (ст.м. «Петроградская», «Черная речка»), «лондонский» корпус, 2 этаж,
конференц-зал отдела иммунологии
https://iemspb.ru/

Наша лаборатория открывает сезон одноклеточного секвенирования

Почему клетки с одинаковым генотипом по-разному реагируют на один и тот же сигнал запускающий клеточную смерть ? Почему часть клеток погибает, а часть остается живой? 

Чтобы узнать ответы на эти вопросы, наше внимание сосредоточено на поиске ассоциации между экспрессией генов и фенотипом (в нашем случае фенотип — это клеточная смерть). Когда клетка умирает, она имеет определенный уровень экспрессии генов, решающих ее судьбу. Все они отражены в последовательности нуклеотидов РНК, строящейся комплементарно тем областям в ДНК, которые активны в данный конкретный момент. Совокупность РНК, синтезируемая одной клеткой, называется транскриптом. Транскриптом, в отличие от генотипа, может быть разным у генетически идентичных клеток в силу эпигенетических условий, определяемых изменениями окружающей среды клетки, особой динамики процесса и другими негенетическими причинами. Именно последние нас и интересуют. 

Существует подход eQTL, позволяющая определять геномные локусы (области), ответственные за изменение транскриптома, а следовательно и различный уровень экспрессии белков. Расшифровывается аббревиатура eQTL следующим образом: expression Quantitative Trait Loci или локусы количественных признаков экспрессии. Эти области могут содержать эффекторы, которые влияют на фенотип посредством своей экспрессии.
Если изучать смесь из множества клеток, то разделить эти эффекторы, узнать какой за что отвечает, очень трудоемкая работа, а результат может недостаточно точно отражать действительность. Поэтому наши сотрудники пошли другим путем. 

Мы будем изучать каждую клетку подробно, не упуская генетических нюансов, с помощью технологии Одноклеточного Секвенирования. 
Данная технология позволит выявить уровень экспрессии тех генов, количество прочтений которых статистически коррелируют с клеточной смертью или резистентностью к ней.



СМЕРТЕЛЬНЫЙ НОМЕР

Поговорим о смерти… «Тысяча способов умереть — регуляция клеточной смерти» — с таким названием прошел 3 декабря 2018 семинар от Александра Николаевича Полторака в ИБ КарНЦ РАН.

Собравшиеся получили возможность узнать о типах клеточной смерти, таких как апоптоз, некроптоз, пироптоз, об их отличии друг от друга, механизме запуска, а также задать интересующие их вопросы.

На семинаре было подробно рассказано о последнем открытии лаборатории Александра Николаевича, а именно о процессе, морфологически похожем на пироптоз, но активируемым не классическими каспазами 1 и 11, а каспазой 8. Такой тип клеточной смерти был описан для макрофагов, инфицированных Yersinia pseudotuberculosis, которая похожа на Yersinia pestis (чумную палочку).

Данные исследования, опубликованные в в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, показывают, что человеческие макрофаги не способны инициировать пироптоз в ответ на бактериальную инфекцию и блокировку киназы ТАК1 одним их эффекторов Yersinii YopJ. Поскольку зараженные Yersinia человеческие клетки не погибали, они служили резервуаром инфекции, что, в конечном счете, повышало вероятность смертельного исхода у инфицированных людей. Переносчиком же чумной палочки, вероятно, служили не насекомые, а зараженные клетки грызунов.
В ходе обсуждения экспериментальных данных и будущих планов, ученый задумался над вопросом: если рассматривать смерть как дискретное событие (то есть клетка мертва или жива), то как объяснить тот факт, что из всего множества клеток с одинаковым геномом, у которых одинаково инициируется клеточная смерть, часть действительно гибнет, а часть выживает? Ответ на этот вопрос сможет дать сравнение полногеномной экспрессии в индивидуальных клетках.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО НОМЕНКЛАТУРЕ КЛЕТОЧНОЙ СМЕРТИ

the Nomenclature Committee on Cell Death (NCCD) призван обеспечить единое понимание терминов клеточной смерти согласно их морфологическим, биохимическим и функциональным особенностям. 

В прилагаемой статье, опубликованной в журнале Cell Death & Differentiation, приведены правила номенклатуры, даны действующие определения клеточной смерти и ее вариаций, рассмотрены механизмы запуска и передачи сигналов во время того или иного типа клеточной смерти.

https://www.nature.com/articles/s41418-017-0012-4