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.

 
 

 
 
 

ИММУННЫЙ ОТВЕТ НА ДНК — ЧУЖОЙ СРЕДИ СВОИХ?

С такой лекцией 2 ноября выступил руководитель нашей лаборатории Александр Николаевич Полторак в Сочи, где проходил Саммит «Большие вызовы для общества, государства и науки», организованный Фондом «Талант и успех» и Научно-технологическим университетом «Сириус».

Об итогах работы саммита можно прочитать здесь.

«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

Наша лаборатория продолжает эксперимент по генетическому картированию

Генетическое картирование напоминает головоломку, где ученый, постепенно сужая зону поиска, ищет сначала приблизительную «область проживания» гена, затем «дом», а потом, и саму «квартиру». Мы интересуемся причиной различного фенотипического проявления иммунного ответа у мышей двух разных линий: мышиной линии дикого типа MSM и их лабораторных сородичей С57BL/6. Сама работа осуществляется на макрофагах, выделенных из брюшной области потомков второго поколения мышей (F2) от скрещивания С57BL/6 и MSM.

Напоминаем, что целью нашего эксперимента является генетическое картирование ответа на цитозольную ДНК, а также картирование цитотоксичности к Имиквимоду (препарат, применяющийся в клинике для лечения злокачественных образований поверхности кожи типа меланом).

Руководитель лаборатории выступил в Сочи с лекцией

Руководитель нашей лаборатории Александр Николаевич Полторак выступил с лекцией для одаренных школьников в ходе программы «Большие вызовы», организуемой образовательным центром «Сириус» в городе Сочи. 

Тема лекции напрямую связана с важностью использования модельных объектов в науке, особенно мышиных моделей в генетике и иммунологии. «О мышах и людях — 100 лет мышиной генетике» — так называлась лекция Александра Николаевича. Диалог с молодым поколением — это неотъемлемая часть науки в современном мире. 


____________________________________________________
«Никто не знает наперёд, чего человек может сделать» (c) повесть «О мышах и людях», Джон Стейнбек

Сотрудники нашей лаборатории выступили на иммунологическом форуме в Новосибирске

27 июня на симпозиуме «механизмы развития клеточного и гуморального иммунитета» в рамках иммунологического форума-2019 выступали сотрудники нашей лаборатории Полторак Александр Николаевич (председатель секции) с темой «механизмы синтеза интерлекина 1» и Илюха Владимир Викторович с темой «Влияние активации STING на UPR (unfolded protein response – ответ на белки, не прошедшие фолдинг) в Т-клетках». 

Александр Николаевич в своем выступлении подробно рассказал о неканоническом пути активации CAS8 (фермент каспазы 8) с помощью LPS (липополисахарида), в ходе которого синтезируется провоспалительный цитокин IL1b (интерлейкин 1). Внимание было сконцентрировано на особенностях отношения СAS8 и ее гомолога сFLIP, подчеркнуто возможное участие сFLIP в качестве мишени в противоопухолевой терапии.


Позже, Александр Николаевич выступил еще на пленарной сессии с докладом «Миллион способов умереть — регуляция клеточной смерти», где отметил необходимость изучения индивидуальных клеток для формирования адекватного понимая механизмов клеточной гибели.

В ходе выступления Владимира Викторовича было продемонстрировано влияние синтетического агониста STING (стимулятор интерфероновых генов) вещества DMXAA (препарат Vadimezan, используемый для подавления роста опухоли на мышиных моделях). В данном исследовании показано, что DMXAA приводит в Т-клетках к нехарактерной выработке INF 1 (интерферона β), а также к индукции экспрессии интерферон-стимулирующих генов. Далее после активации сигнальных путей в клетках наблюдается ответ на белки, не прошедшие фолдинг (UPR), и последующая клеточная смерть.



Также в время симпозиума были обсуждены вопросы места и роли тучных клеток в современной картине иммунологии (Назаров П.Г., Санкт-Петербург), а также их роли в контроле проницаемости эндотелия (Мальцева О.Н., Санкт-Петербург), приведены способы оценки апоптоза с помощью различных красителей (Кудрявцев И.В.,Санкт-Петербург), рассказано об особенностях пластичности СD4+ лимфоцитов, связанной с белками Гистонами (Топыгина А.П., Москва), особенностях и свойствах субпопуляций натуральных киллеров человека (Коваленко Е.И.,Москва), рассмотрены проблемы классификации CD4+ Treg (Шмагель К.В., Пермь), особенности прогноза и терапии злокачественных опухолей с использованием в качестве мищени HLA-E (неканоническая молекула главного комплекса гистосовместимости) в до- и в клинических испытаниях. Согласно результатам, 20% пациентов (с раком почки и меланомой) отвечали на данную терапию ремиссией (Ларин С.С., Москва).

На пленарной сессии было множество интересных докладов, посвященных важности биоинформатики в развитии иммунологии, анализе генных сетей, моделированию генетических патологий (Колчанов Н.А.), рассмотрена роль интерферонов в патогенезе инфекционных заболеваний человека, продемонстрировано клиническое применение рекомбинантных интерферонов (Симбирцев А.С., Санкт-Петербург), обсуждены вопросы восприимчивости и невосприимчивости ВИЧ (Гудима Г.О., Москва), а также ряд других вопросов.

Старт эксперимента по картированию ответа на цитозольную ДНК и цитотоксичности к Имиквимоду

В нашей лаборатории стартовал большой эксперимент, целью которого является генетическое картирование ответа на цитозольную ДНК, а также картирование цитотоксичности к Имиквимоду. Появление ДНК (ядерной или митохондриальной) в цитоплазме является сигналом опасности для клетки и вызывает иммунный ответ в виде увеличения экспрессии воспалительных белков. Имиквимод довольно давно применяется в клинике для лечения злокачественных образований поверхности кожи типа меланом. По этим причинам, изучение иммунного ответа на эти соединения довольно актуально. 

Моделью изучения иммунного ответа служили перитониальные макрофаги мышей. Ассоциация между фенотипом и генотипом проводилась на потомках второго поколения от скрещивания С57BL/6 и MSM. Инбредные линии так называемых «диких» мышей (mus musculus musculus , mus musculus castaneus) эволюционировали от классических инбредных мышей более миллиона лет назад. В силу этого мышиные линии дикого типа (например, MSM) и их лабораторные сородичи (С57BL/6) имеют различное фенотипическое проявление на те или иные стимулы: инфекцию, септический шок, чужеродную ДНК (например, вирусную). Такие различия в фенотипе могут быть использованы в классическом генетическом анализе, в ходе которого осуществляется поиск генов, обуславливающих эти различия.

 

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.

Caspase-8 induces cleavage of gasdermin D to elicit pyroptosis during Yersinia infection

В сентябре на indicator.ru вышла заметка о статье «Constitutive interferon signaling maintains critical threshold of MLKL expression to license necroptosis», опубликованной в журнале Cell Reports

Callista Images/Science Photo Library/Getty Images

Ссылки на заметки:
https://indicator.ru/news/2018/11/29/pochemu-chuma-gu..
https://www.gazeta.ru/science/news/2018/11/29/n_12349..
https://ria.ru/science/20181129/1533766960.html

Подробнее со статьей можно ознакомиться здесь: http://www.pnas.org/content/115/46/E10888.long

https://indicator.ru/news/2018/11/29/pochemu-chuma-gu..https://www.gazeta.ru/science/news/2018/11/29/n_12349..https://ria.ru/science/20181129/1533766960.html