Роль пептидогликан-распознающих белков в регуляции врожденного иммунного ответа

Обложка


Цитировать

Полный текст

Аннотация

В настоящее время число патогенных микроорганизмов, устойчивых или толерантных к антибиотикам, растет. Для борьбы с ними нужно менять класс антибиотиков, или увеличивать их дозу, или разрабатывать новые антимикробные препараты. Одним из возможных решений данной проблемы является использование механизмов врожденного иммунитета. Врожденный иммунитет характерен для всех многоклеточных. За время совместной эволюции эукариоты выработали несколько способов защиты от микроорганизмов. Главные принципы врожденного иммунитета — распознавание чужеродного и его уничтожение. Распознавание чужеродных агентов происходит с помощью рецепторов, специализированных на узнавании консервативных структур патогенов. Элиминация происходит за счет фагоцитоза и расщепления, например с помощью оксидативного взрыва в фагоцитирующих клетках, системы комплимента или антимикробных пептидов. Основой системы распознавания врожденного иммунитета являются рецепторы опознавания паттернов. Паттернами, в данном случае, называют консервативные структуры, специфичные для больших групп патогенов, к ним относятся, например: липополисахарид, пептидогликан, флагеллин и другие. В связи с разнообразием патогенов существует множество консервативных структур, характерных для этих патогенов и множество рецепторов к ним. Семейство пептидогликан-распознающих белков относится к таким рецепторам. Впервые пептидогликан-распознающие белки были выделены в 1996 г. у тутового шелкопряда и у мыши. Позднее было выяснено, что это семейство консервативно, его представители есть и у насекомых, и у рыб, и у млекопитающих. В этой статье рассмотрены функции пептидогликан-распознающих белков насекомых на примере Drosophila melanogaster и млекопитающих. Эти белки экспрессируются в основном в клетках печени (у насекомых в клетках жировой ткани — аналог печени), клетках кишечника и эпидермисе. Многочисленные исследования демонстрируют, что пептидогликан-распознающие белки выполняют разнообразнейшие функции, не всегда сводящиеся к активации иммунитета и уничтожению чужеродных объектов. У насекомых белки данного семейства активируют сигнальные пути, в том числе приводящие к экспрессии антимикробных белков, предотвращают активацию энтероцитов, ограничивают воспаление. Пептидогликан-распознающие белки млекопитающих обладают бактерицидной и бактериостатической активностью, меняя проницаемость бактериальных мембран, запускают процессы самоуничтожения бактерий, связываясь с белками на поверхности бактериальной клеточной стенки. Белки семейства могут индуцировать воспалительный ответ и подавлять его, регулируют микробиоту — являются модераторами иммунного ответа. С учетом эволюционной консервативности этих белков и отсутствия у бактерий механизма ускользания от них, перспективным представляется использования пептидогликан-распознающих белков в комплексном подходе к лечению антибиотикорезистентных и антибиотикотолерантных форм микроорганизмов.

Об авторах

Д. А. Слонова

ФГБУ Национальный медицинский исследовательский центр детской гематологии, онкологии и иммунологии имени Дмитрия Рогачева МЗ РФ;
АНО ВПО Сколковский институт науки и технологий

Email: daria.slonova@fccho-moscow.ru

Лаборант-исследователь лаборатории молекулярной иммунологии ФГБУ Национальный медицинский исследовательский центр детской гематологии, онкологии и иммунологии им. Дмитрия Рогачева МЗ РФ; аспирантка, АНО ВПО Сколковский институт науки и технологий

Москва

Россия

А. В. Посвятенко

ФГБУ Национальный медицинский исследовательский центр детской гематологии, онкологии и иммунологии имени Дмитрия Рогачева МЗ РФ

Email: alexandra.posvyatenko@fccho-moscow.ru

Кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории молекулярной иммунологии

Москва

Россия

А. В. Кибардин

ФГБУ Национальный медицинский исследовательский центр детской гематологии, онкологии и иммунологии имени Дмитрия Рогачева МЗ РФ

Email: alexey.kibardin@fccho-moscow.ru

Кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории молекулярной иммунологии

Москва

Россия

Г. П. Георгиев

ФГБУН Институт биологии гена РАН

Email: georgiev@igb.ac.ru

Доктор биологических наук, советник РАН, академик, профессор, главный научный сотрудник лаборатории генной терапии

Москва

Россия

Н. В. Гнучев

ФГБУН Институт биологии гена РАН

Email: gnuchev@igb.ac.ru

Доктор биологических наук, советник РАН, профессор, член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник лаборатории иммуногенетики рака

Москва

Россия

С. С. Ларин

ФГБУ Национальный медицинский исследовательский центр детской гематологии, онкологии и иммунологии имени Дмитрия Рогачева МЗ РФ

Автор, ответственный за переписку.
Email: sergei_larin@mail.ru

Ларин Сергей Сергеевич, кандидат биологических наук, заместитель директора по научной работе Высшей школы молекулярной и экспериментальной медицины

117997, Москва, ул. Саморы Машела, 1

Россия

Список литературы

  1. Кибардин А.В., Миркина И.И., Закеева И.Р., Баранова Е.В., Георгиев Г.П., Киселев С.Л. Анализ экспрессии белков, кодируемых семейством генов tag7/tagB(PGRP-S,L), в клетках периферической крови человека // Генетика. 2003. Т. 39, № 2. C. 244–249.
  2. Кустикова О.С., Киселев С.Л., Бородулина O.P., Сенин В.М., Афанасьева А.В., Кабишев А.А. Клонирование гена tag7, экспрессирующегося в метастазирующих опухолях мыши // Генетика. 1996. Т. 32, № 5. C. 621–628
  3. Слонова Д.А., Посвятенко А.В., Сысолятина Е.В., Еромолаева С.А., Кибардин А.В., Лысюк Е.Ю., Гапонов А.М., Гнучев Н.В., Георгиев Г.П., Ларин С.С. Влияние пептидогликан-распознающего белка Tag-7/PGLYRP-1 на внутриклеточное выживание Listeria monocytogenes // Медицинская иммунология. 2017. Т. 19, Спец. вып. C. 83.
  4. Тутельян А.В., Гапонов А.М., Писарев В.М., Эльрегистан Г.И. Дормантное состояние микроорганизмов и профилактика инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи // Терапевтический архив. 2015. Т. 87, № 11. C. 103–108.
  5. Basbous N., Coste F., Leone P., Vincentelli R., Royet J., Kellenberger C., Roussel A. The Drosophila peptidoglycan-recognition protein LF interacts with peptidoglycan-recognition protein LC to downregulate the Imd pathway. EMBO Rep., 2011, vol. 12, no. 4, pp. 327–333.
  6. Bischoff V., Vignal C., Boneca I.G., Michel T., Hoffmann J.A., Royet J. Function of the drosophila pattern-recognition receptor PGRP-SD in the detection of Gram-positive bacteria. Nat. Immunol., 2004, vol. 5, no. 11, pp. 1175–1180.
  7. Chang C.I., Chelliah Y., Borek D., Mengin-Lecreulx D., Deisenhofer J. Structure of tracheal cytotoxin in complex with a heterodimeric pattern-recognition receptor. Science, 2006, vol. 311, no. 5768, pp. 1761–1764.
  8. Charroux B., Capo F., Kurz C.L., Peslier S., Chaduli D., Viallat-Lieutaud A., Royet J. Cytosolic and secreted peptidoglycandegrading enzymes in drosophila respectively control local and systemic immune responses to microbiota. Cell Host Microbe., 2018, vol. 23, no. 2, pp. 215–228.
  9. Choe K.M., Werner T., Stöven S., Hultmark D., Anderson K.V. Requirement for a peptidoglycan recognition protein (PGRP) in Relish activation and antibacterial immune responses in Drosophila. Science., 2002, vol. 296, no. 5566, pp. 359–362.
  10. De Marzi M.C., Todone M., Ganem M.B., Wang Q., Mariuzza R.A., Fernández M.M., Malchiodi E.L. Peptidoglycan recognition protein-peptidoglycan complexes increase monocyte/macrophage activation and enhance the inflammatory response. Immunology, 2015, vol. 145, no. 3, pp. 429–442. doi: 10.1111/imm.12460
  11. Dziarski R., Gupta D. Mammalian PGRPs: novel antibacterial proteins. Cell Microbiol., 2006, vol. 8, no. 7, pp. 1059–1069. doi: 10.1111/j.1462-5822.2006.00726.x
  12. Dziarski R., Gupta D. The peptidoglycan recognition proteins (PGRPs). Genome Biol., 2006, vol. 7, no. 8, p. 232.
  13. Dziarski R., Kashyap D.R., Gupta D. Mammalian peptidoglycan recognition proteins kill bacteria by activating two-component systems and modulate microbiome and inflammation. Microb. Drug Resist., 2012, vol. 18, no. 3, pp. 280–285.
  14. Ferrandon D., Imler J.L., Hetru C., Hoffmann J.A. The Drosophila systemic immune response: sensing and signalling during bacterial and fungal infections. Nat. Rev. Immunol., 2007, vol. 7, no. 11, pp. 862–874.
  15. Gelius E., Persson C., Karlsson J., Steiner H. A mammalian peptidoglycan recognition protein with N-acetylmuramoyl-L-alanine amidase activity. Biochem. Biophys. Res. Commun., 2003, vol. 306, no. 4, pp. 988–994.
  16. Gobert V., Gottar M., Matskevich A.A., Rutschmann S., Royet J., Belvin M., Hoffmann J.A., Ferrandon D. Dual activation of the Drosophila toll pathway by two pattern recognition receptors. Science, 2003, vol. 302, no. 5653, pp. 2126–2130.
  17. Gottar M., Gobert V., Michel T., Belvin M., Duyk G., Hoffmann J.A., Ferrandon D., Royet J. The Drosophila immune response against Gram-negative bacteria is mediated by a peptidoglycan recognition protein. Nature, 2002, vol. 416, no. 6881, pp. 640–644.
  18. Guan R., Mariuzza R.A. Peptidoglycan recognition proteins of the innate immune system. Trends Microbiol., 2007, vol. 15, no. 3, pp. 127–134.
  19. Hoffmann J.A. The immune response of Drosophila. Nature, 2003, vol. 426, no. 6962, pp. 33–38.
  20. Hyyryläinen H.L., Bolhuis A., Darmon E., Muukkonen L., Koski P., Vitikainen M., Sarvas M., Prágai Z., Bron S., van Dijl J.M., Kontinen V.P. A novel two-component regulatory system in Bacillus subtilis for the survival of severe secretion stress. Mol. Microbiol., 2001, vol. 41, no. 5, pp. 1159–1172. doi: 10.1046/j.1365-2958.2001.02576.x
  21. Jang I.H., Chosa N., Kim S.H., Nam H.J., Lemaitre B., Ochiai M., Kambris Z., Brun S., Hashimoto C., Ashida M., Brey P.T., Lee W.J. A Spätzle-processing enzyme required for toll signaling activation in Drosophila innate immunity. Dev. Cell, 2006, vol. 10, no. 1, pp. 45–55.
  22. Kaneko T., Goldman W.E., Mellroth P., Steiner H., Fukase K., Kusumoto S., Harley W., Fox A., Golenbock D., Silverman N. Monomeric and polymeric gram-negative peptidoglycan but not purified LPS stimulate the Drosophila IMD pathway. Immunity, 2004, vol. 20, no. 5, pp. 637–649.
  23. Kaneko T., Yano T., Aggarwal K., Lim J.H., Ueda K., Oshima Y., Peach C., Erturk-Hasdemir D., Goldman W.E., Oh B.H., Kurata S., Silverman N. PGRP-LC and PGRP-LE have essential yet distinct functions in the drosophila immune response to monomeric DAP-type peptidoglycan. Nat. Immunol., 2006, vol. 7, no. 7, pp. 715–723.
  24. Kang D., Liu G., Lundström A., Gelius E., Steiner H. A peptidoglycan recognition protein in innate immunity conserved from insects to humans. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1998, vol. 95, no. 17, pp. 10078–10082.
  25. Kashyap D.R., Wang M., Liu L.H., Boons G.J., Gupta D., Dziarski R. Peptidoglycan recognition proteins kill bacteria by activating protein-sensing two-component systems. Nat. Med., 2011, vol. 17, no. 6, pp. 676–683.
  26. Kibardin A., Karpova T., Sapenko T., Vazquez-Boland J.A., Kiselev S., Ermolaeva S. Mammalian peptidoglycan recognition protein Tag-L inhibits Listeria monocytogenes invasion into epithelial cells. FEMS Immunol. Med. Microbiol., 2006, vol. 46, no. 2, pp. 284–290. doi: 10.1111/j.1574-695X.2005.00038.x
  27. Kibardin A.V., Mirkina I.I., Baranova E.V., Zakeyeva I.R., Georgiev G.P., Kiselev S.L. The differentially spliced mouse tagL gene, homolog of tag7/PGRP gene family in mammals and Drosophila, can recognize Gram-positive and Gram-negative bacterial cell wall independently of T phage lysozyme homology domain. J. Mol. Biol., 2003, vol. 326, no. 2, pp. 467–474.
  28. Kiselev S.L., Kustikova O.S., Korobko E.V., Prokhortchouk E.B., Kabishev A.A., Lukanidin E.M., Georgiev G.P. Molecular cloning and characterization of the mouse tag7 gene encoding a novel cytokine. J. Biol. Chem., 1998, vol. 273, no. 29, pp 18633–18639.
  29. Kohanski M.A., Dwyer D.J., Wierzbowski J., Cottarel G., Collins J.J. Mistranslation of membrane proteins and two-component system activation trigger antibiotic-mediated cell death. Cell, 2008, vol. 135, no. 4, pp. 679–690.
  30. Lemaitre B., Hoffmann J. The host defense of Drosophila melanogaster. Annu. Rev. Immunol., 2007, vol. 25, pp. 697–743. doi: 10.1146/annurev.immunol.25.022106.141615
  31. Ligoxygakis P., Pelte N., Hoffmann J.A., Reichhart J.M. Activation of Drosophila Toll during fungal infection by a blood serine protease. Science, 2002, vol. 297, no. 5578, pp. 114–116.
  32. Lim J.H., Kim M.S., Kim H.E., Yano T., Oshima Y., Aggarwal K., Goldman W.E., Silverman N., Kurata S., Oh B.H. Structural basis for preferential recognition of diaminopimelic acid-type peptidoglycan by a subset of peptidoglycan recognition proteins. J. Biol. Chem., 2006, vol. 281, no. 12, pp. 8286–8295.
  33. Liu C., Gelius E., Liu G., Steiner H., Dziarski R. Mammalian peptidoglycan recognition protein binds peptidoglycan with high affinity, is expressed in neutrophils, and inhibits bacterial growth. J. Biol. Chem., 2000, vol. 275, no. 32, pp. 24490–24499.
  34. Liu C., Xu Z., Gupta D., Dziarski R. Peptidoglycan recognition proteins: a novel family of four human innate immunity pattern recognition molecules. J. Biol. Chem., 2001, vol. 276, no. 37, pp. 34686–34694.
  35. Lu X., Wang M., Qi J., Wang H., Li X., Gupta D., Dziarski R. Peptidoglycan recognition proteins are a new class of human bactericidal proteins. J. Biol. Chem., 2006, vol. 281, no. 9, pp. 5895–5907.
  36. Maillet F., Bischoff V., Vignal C., Hoffmann J., Royet J. The Drosophila peptidoglycan recognition protein PGRP-LF blocks PGRP-LC and IMD/JNK pathway activation. Cell Host Microbe, 2008, vol. 3, no. 5, pp. 293–303.
  37. Mathur P., Murray B., Crowell T., Gardner H., Allaire N., Hsu Y.M., Thill G., Carulli J.P. Murine peptidoglycan recognition proteins PGLYRPIalpha and PGLYRPIbeta are encoded in the epidermal differentiation complex and are expressed in epidermal and hematopoietic tissues. Genomics, 2004, vol. 83, no. 6, pp. 1151–1163.
  38. Mellroth P., Karlsson J., Steiner H. A scavenger function for a Drosophila peptidoglycan recognition protein. J. Biol. Chem., 2003, vol. 278, no. 9, pp. 7059–7064.
  39. Mellroth P., Steiner H. PGRP-SB1: an N-acetylmuramoyl L-alanine amidase with antibacterial activity. Biochem. Biophys. Res. Commun., 2006, vol. 350, no. 4, pp. 994–999.
  40. Mirkina I.I., Kibardin A.V., Korneeva E.A., Gnuchev N.V., Georgiev G.P., Kiselev S.L. Cloning and study of new mammalian genes containing the region of structural homology with phage lysozyme. Rus. J. Genetics, 2000, vol. 36, no. 11, pp. 1492–1500.
  41. Neyen C., Runchel C., Schüpfer F., Meier P., Lemaitre B. The regulatory isoform rPGRP-LC induces immune resolution via endosomal degradation of receptors. Nat. Immunol., 2016, vol. 17, no. 10, pp. 1150–1158
  42. Rämet M., Manfruelli P., Pearson A., Mathey-Prevot B., Ezekowitz R.A. Functional genomic analysis of phagocytosis and identification of a Drosophila receptor for E. coli. Nature, 2002, vol. 416, no. 6881, pp. 644–648.
  43. Royet J., Dziarski R. Peptidoglycan recognition proteins: pleiotropic sensors and effectors of antimicrobial defences. Nat. Rev. Microbiol., 2007, vol. 5, no. 4, pp. 264–277.
  44. Royet J., Gupta D., Dziarski R. Peptidoglycan recognition proteins: modulators of the microbiome and inflammation. Nat. Rev. Immunol., 2011, vol. 11, no. 12, pp. 837–851.
  45. Saha S., Jing X., Park S.Y., Wang S., Li X., Gupta D., Dziarski R. Peptidoglycan recognition proteins protect mice from experimental colitis by promoting normal gut flora and preventing induction of interferon-gamma. Cell Host Microbe, 2010, vol. 8, no. 2, pp. 147–162.
  46. Saha S., Qi J., Wang S., Wang M., Li X., Kim Y.G., Núñez G., Gupta D., Dziarski R. PGLYRP-2 and Nod2 are both required for peptidoglycan-induced arthritis and local inflammation. Cell Host Microbe, 2009, vol. 5, no. 2, pp. 137–150.
  47. Shrivastav A., Dabrowski A.N., Conrad C., Baal N., Hackstein H., Plog S., Dietert K., Gruber A.D., N’Guessan P.D., Aly S., Suttorp N., Zahlten J. Peptidoglycan recognition protein 3 does not alter the outcome of pneumococcal pneumonia in mice. Front Microbiol., 2018, vol. 9, no. 103.
  48. Tydell C.C., Yount N., Tran D., Yuan J., Selsted M.E. Isolation, characterization, and antimicrobial properties of bovine oligosaccharide-binding protein. A microbicidal granule protein of eosinophils and neutrophils. J. Biol. Chem., 2002, vol. 277, no. 22, pp. 19658–19664.
  49. Tydell C.C., Yuan J., Tran P., Selsted M.E. Bovine peptidoglycan recognition protein-S: antimicrobial activity, localization, secretion, and binding properties. J. Immunol., 2006, vol. 176, no. 2, pp. 1154–1162.
  50. Uehara A., Sugawara Y., Kurata S., Fujimoto Y., Fukase K., Kusumoto S., Satta Y., Sasano T., Sugawara S., Takada H. Chemically synthesized pathogen-associated molecular patterns increase the expression of peptidoglycan recognition proteins via toll-like receptors, NOD1 and NOD2 in human oral epithelial cells. Cell Microbiol., 2005, vol. 7, no. 5, pp. 675–686. doi: 10.1111/j.1462-5822.2004.00500.x
  51. Wang M., Liu L.H., Wang S., Li X., Lu X., Gupta D., Dziarski R. Human peptidoglycan recognition proteins require zinc to kill both gram-positive and gram-negative bacteria and are synergistic with antibacterial peptides. J. Immunol., 2007, vol. 178, no. 5, pp. 3116–3125.
  52. Wang Z.M., Li X., Cocklin R.R., Wang M., Wang M., Fukase K., Inamura S., Kusumoto S., Gupta D., Dziarski R. Human peptidoglycan recognition protein-L is an N-acetylmuramoyl-L-alanine amidase. J. Biol. Chem., 2003, vol. 278, no. 49, pp. 49044– 49052.
  53. Weber A.N., Tauszig-Delamasure S., Hoffmann J.A., Lelièvre E., Gascan H., Ray K.P., Morse M.A., Imler J.L., Gay N.J. Binding of the Drosophila cytokine Spätzle to Toll is direct and establishes signaling. Nat. Immunol., 2003, vol. 4, no. 8, pp. 794–800.
  54. Werner T., Borge-Renberg K., Mellroth P., Steiner H., Hultmark D. Functional diversity of the Drosophila PGRP-LC gene cluster in the response to lipopolysaccharide and peptidoglycan. J. Biol. Chem., 2003, vol. 278, no. 29, pp. 26319–26322.
  55. Werner T., Liu G., Kang D., Ekengren S., Steiner H., Hultmark D. A family of peptidoglycan recognition proteins in the fruit fly Drosophila melanogaster. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2000, vol. 97, no. 25, pp. 13772–13777.
  56. Yano T., Mita S., Ohmori H., Oshima Y., Fujimoto Y., Ueda R., Takada H., Goldman W.E., Fukase K., Silverman N., Yoshimori T., Kurata S. Autophagic control of listeria through intracellular innate immune recognition in drosophila. Nat. Immunol., 2008, vol. 9, no. 8, pp. 908–916.
  57. Yoshida H., Kinoshita K., Ashida M. Purification of a peptidoglycan recognition protein from hemolymph of the silkworm, Bombyx mori. J. Biol. Chem., 1996, vol. 271, no. 23, pp. 13854–13860.
  58. Zenhom M., Hyder A., Kraus-Stojanowic I., Auinger A., Roeder T., Schrezenmeir J. PPARγ-dependent peptidoglycan recognition protein 3 (PGlyRP3) expression regulates proinflammatory cytokines by microbial and dietary fatty acids. Immunobiology, 2011, vol. 216, no. 6, pp. 715–724.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Слонова Д.А., Посвятенко А.В., Кибардин А.В., Георгиев Г.П., Гнучев Н.В., Ларин С.С., 2020

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 64788 от 02.02.2016.


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах