10.2.2. Иммунитет на уровне клеток

В конце XIX - начале XX в. были созданы две теории, определившие все дальнейшие направления исследований иммунитета позвоночных животных, — теория неспецифического клеточного иммунитета И.

И. Мечникова (фагоцитарная теория) и теория специфического гуморального иммунитета П. Эрлиха (теория антител). Несмотря на жаркие дискуссии сторонников этих теорий, обе они были признаны правильными, отражающими лишь различные этапы ответных реакций организма на заражение его инфекционными агентами, и в 1908 г. оба автора теорий иммунитета были удостоены Нобелевской премии. Неспецифический клеточный
иммунитет — вторая линия обороны
Ее цель — быстрая реакция на инфекционные агенты, преодолевшие защитные системы покровных клеток и тканей и проникшие во внутренние полости организма (желудочно-кишечный тракт, кровеносную систему и проч.). Ответная реакция на проникновение болезнетворных организмов включает ряд факторов. Фактор свертывания крови (фактор Хагемана) — белок, который адсорбируется на чужеродных поверхностях и вызывает образование медиатора воспаления пептида брадикинина, который активирует воспалительные процессы — расширяет капилляры, усиливает проницаемость их стенок и привлекает в очаг воспаления фагоцитарные клетки. Комплемент — система белков, фиксирующихся на поверхности чужеродных клеток. Фиксация комплемента приводит:
а)              к образованию каналов в клетке микроорганизма (цитотоксический эффект);
б)              к опсонизации (повышению фагоцитируемости) микроорганизмов;
в)              к генерации факторов острого воспаления — гистамина и серотонина. Фагоцитоз. Фагоцитозные клетки макрофаги и нейтрофилы рецеп- тируют поверхностные метаболиты микроорганизмов. Это приводит:
а)              к повышению синтеза внутриклеточных протеаз, разрушающих поглощенные клетки;
б)              к синтезу медиатора воспаления ФНО, который способствует выходу фагоцитов из капилляров в очаг воспаления, активизирует макрофаги; последние начинают синтезировать новые медиаторы воспаления интерлейкины (IL 1, 6, 8);
в)              к образованию АФК (синглетный кислород, ион гидроксила, перекись водорода) и N0, что приводит, к синтезу и секреции многих токсичных для микроорганизмов соединений.
Сигнал, полученный от ФНО и 1L-1, вызывает в клетке каскад фосфо- рилирований белков протеинкиназами, который заканчивается фактором

регуляции транскрипции NF-kB, который соединяется с ДНК и меняет экс- 345 прессию ряда генов. NF-kB — центральный регулятор воспаления и иммунитета, апоптоза, онкогенеза, роста и дифференциации, т. е. он регулирует такие важнейшие функции, как дифференциацию и иммунитет.
Таким образом, защитные механизмы, объединяемые понятием «неспецифический клеточный иммунитет», во-первых, детально исследованы, и, во-вторых, имеют некоторые сходные черты у животных и растений (узнавание внедрившегося паразита, протеинкиназный каскад, образование активных форм кислорода и окиси азота, активация регулятора транскрипции). Например, инфекция растений, как и животных, сопровождается окислительным взрывом, вызванным появлением активных форм кислорода (глава 8). В этом процессе важную роль играет НАДФН-оксидазная система цитоплазматической мембраны. У растений она аналогична таковой у макрофагов и нейтрофилов млекопитающих. Иммунные сыворотки с ключевым компонентом НАДФН-оксидазного комплекса животных взаимодействуют с растительными белками соответствующего размера. Клонированы гены риса, гомологичные гену мембранного комплекса НАДФН- оксидазного компонента нейтрофилов животных. Однако в клетках растений активные формы кислорода образуются также с участием пероксида- зы клеточной стенки и оксалатоксидазы. Эти альтернативные пути появления активного кислорода не подавляются специфическими ингибиторами окислительного взрыва у животных.
Активным компонентом сигнальной системы растений является салициловая кислота. Значительную роль салициловая кислота и ее ацетилиро- ванная форма — аспирин — играют и в регуляции защитных реакций у млекопитающих. Она блокирует синтез простагландинов и активность гена фактора некроза опухолей, ограничивает продукцию интерлейкина 1, осуществляя тем самым противовоспалительное и жаропонижающее действие.
Работы последних лет выявили много общего между апоптозом животных и СВЧ растений (гл. 9). В клетках зараженных растений освобождаются свободные 3-концы ДНК, активизируется Са2+ зависимая эндонуклеаза, появляются фрагменты ДНК размером около 50 тыс. оснований, а также олигонуклеосомные фрагменты. Обнаружены остаточные апоп- тозные тельца, мигрирующие к периферии клетки. У животных апоптоз- ные везикулы поглощаются соседними или специализированными клетками, у растений же фагоцитозу препятствует клеточная стенка. При СВЧ вокруг очага поражения образуется перидерма, поскольку здоровые клетки приобретают меристематическую активность. Индукторами апопотоза у животных и растений могут быть одни и те же иммуномодуляторы микроорганизмов. AAL-токсин и фумонизин вызывают апоптоз у растений и животных. Наконец, многие растительные R-белки имеют участки (NBS), гомологичные регуляторам апоптоза у животных (Ced4, АраП). Возможно, и функционально эти домены участвуют в регуляции апоптоза.
Однако длительное время не был известен первый фактор в цепи защитных реакций — механизм узнавания паразитов.

346              В начале 90-х гг. XIX в. в Германии была обнаружена мутации дрозо
филы, при наличии которой у личинок отсутствует дорзо-вентральная организация тела.

Мутация получила название tol. Так был описан ген TOL, — регулятор морфогенеза дрозофилы в личиночной стадии. Вскоре после этого во Франции было показано, что взрослые мухи, имеющие мутацию tol, погибают от грибных инфекций, так как не способны продуцировать ан- тигрибной пептид дрозомицин.
Tol представляет собой трансмембранный белок, имеющий: Выдвинутый наружу рецепторный сайт. Он представляет собой домен из повторяющихся последовательностей аминокислот, обогащенных лейцином (LRR — leucine reach repeat). Такая структура (как уже обсуждалось в главе 8) характерна для многих рецепторных белков и ответственна за взаимодействия белок — белок, т. к. способна осуществлять взаимодействия с определенными белками. Погруженный в клетку сайт, структурно схожий с цитоплазматическим доменом рецептора IL-1 позвоночных животных. Он имеет протеин- киназную (РК) активность и способен к передаче сигнала.
Таким образом, LRR воспринимает сигнал от внешнего источника, а
РК передает его через каскад протеинкиназ в геном.
Конечный белок в цепи трансдукции сигнала cactus представляет собой неактивный димер. После фосфорилирования освобождается активный фактор регуляции транскрипции Rel — аналог NF-kB млекопитающих. Система Rel-белков включает: Dorsal — фактор экспрессии зиготических генов, необходимых для дорзо-вентральной ориентации клеток мезодермы. Rel/NFkB — взаимодействует с последовательностью ДНК кВ, которая найдена в промоторах всех генов насекомых, кодирующих синтез антимикробных пептидов.
Поскольку для включения системы врожденного иммунитета не требуется синтез белка de novo, ответная реакция возникает быстро, менее чем через 30 мин после взаимодействия с лигандом.
В 1997 г. сотрудник Йелльского университета (США), ученик В. П. Ску- лачева Руслан Меджитов обнаружил у мышей рецептор, структура которого была аналогичной tol-рецептору насекомых и который при возбуждении, подобно рецептору IL-1 активизировал фактор регуляции транскрипции NF-kB.
Публикация Меджитова заложила начало исследовательского бума по изучению механизмов врожденного иммунитета животных и человека. Таким образом: врожденный иммунитет защищает все виды позвоночных и беспозвоночных животных; он представляет собой первый этап клеточной защиты (распознает сенсорами); он контролируется небольшим числом генов (нет большого разнообразия рецепторов);
сенсоры распознают не индивидуальный патоген, а группы патогенов 347
(классы соединений, выделяемых патогенами).
В настоящее время описано более 10 tol-рецепторов (точнее, tol like receptors — TLR) млекопитающих: Toll связывается с бактериальный липопротеином; То12 связывается с пептидоглюканом; То14 связывается с липополисахаридом (ЛПС); То15 связывается с флагеллином.
Перечисленные соединения — нормальные поверхностные метаболиты многих бактерий, которые клетки хозяев узнают, как чужие, и включают иммунные реакции через фактор NF-kB. То13 узнает двухцепочечную (ds) РНК; То17 узнает одноцепочечную (ss) РНК; То19 узнает ДНК.
Таким образом, Tol 3,7 и 9 — служат для узнавания вирусов, проникших в клетку. Эти Tol белки находятся не непосредственно в цитоплазме, а в эндосомах (эндоцитозных пузырьках внутри макрофагов), и не контактируют с ядерными нуклеиновыми кислотами, в противном случае они вызывали бы иммунный ответ на собственные РНК и ДНК. При апоптозе они выходят из эндосом, вследствие разрушения мембранных структур, и вызывают аутоиммунные заболевания.
У растений, как и у животных, неспецифический клеточный иммунитет основан на узнавании поверхностных молекул паразитов — неспецифических элиситоров. Они представляют собой структурные и экскретируе- мые компоненты паразитов, контактирующие с растительными клетками — полисахариды клеточной стенки — глюканы и хитин грибов, ЛПС бактерий, белки флагеллин бактериальных жгутиков и элиситины фитофторовых грибов (транспортируют стерины через мембраны). Они всегда есть у паразитов, поэтому являются надежными молекулами для узнавания и создания базовой устойчивости.
В качестве примера, приведем описание рецепции клетками Arabidop- sis белка бактериальных жгутиков флагеллина. Поскольку все подвижные бактерии имеют жгутики на поверхности, флагеллины используются растительными клетками как широко распространенные неспецифические элиситоры. Взаимодействие элиситора с мембранным рецептором клетки растения (белком FL2) , включает соединение N-конца флагеллина (кислого пептида из 22 аминокислот — flg22) с воспринимающим участком рецептора.
Мембранный рецептор флагеллина Arabidopsis FLS2 имеет сходство с То15 млекопитающих. Он содержит трансмембранную LRR область и цитозольный домен с протеинкиназной активностью (мембранная протеинкина- за — МРК). Соединение FLS2 с flg22 вызывает в течение 30 мин. транскрипционные изменения в активности 1100 генов. Это вызвано каскадом протеинкиназ и активизацией белка-анкирина — транскрипционного фактора WRKY, играющего роль, аналогичную NF-kB млекопитающих (рис. 10.4).

Структуры, сходные с FLS2, имеют TLR растений: CLAVATA — регулирующий ориентацию меристематических клеток и рецептирующий пептид CLV3; BRl, ВАК2 — рецепторы брассиностероидных гормонов; детерминант самонесовместимости (S-аллелей) у крестоцветных SPK. Таким образом, подобно дрозофиле, регуляция врожденного иммунитета и морфогенеза растений осуществляется через структурно подобные рецепторы и общие пути сигнальной трансдукции.

<< | >>

Источник: Под ред. Ю. Т. Дьякова. Фундаментальная фитопатология. 2011

Еще по теме 10.2.2. Иммунитет на уровне клеток:

- Агрохимия и агропочвоведение - Животноводство и промыслы - Защита растений - Земледелие - Овощеводство - Плодоводство - Пчеловодство - Растениеводство - Сад и огород - Селекция и семеноводство с/х культур - Сельскохозяйственные мелиорации -

- Биология - Ветеринария - Взаимоотношения животных - Все животные - Геология - Зоопсихология - Коровы - Кошки - Лечение животных - Лошади - Насекомые - Науки о Земле - Опасные растения и животные - Растительный мир - Редкие животные - Сельское хозяйство - Собаки - Экология -