Научно-практический журнал
[О компании] Издательство 'Цитокины и воспаление' - Журнал 'Цитокины и Воспаление'

197376, Санкт-Петербург, ул. Акад. Павлова, д. 12,
Институт экспериментальной медицины РАМН
Тел.: (812) 543 52 14, +7 921 984 11 30, +7 921 909 55 49
Факс: (812) 543 52 14
E-mail:
Web: www.cytokines.ru


  


2016 год
1 номер

О Журнале

Текущий год
Архив

Рубрики
Подписка

NEW Книжная полка
NEW Стол заказов

Карта сайта
Правила для авторов

Поиск

Контакты
Наши партнеры:

Русский языкEnglish language
Карта сайта Написать письмо, наши координаты

Содержание | Следующая статья

Журнал 'Цитокины и воспаление', 2015, № 3

Заказать этот номер

Заказать эту статью в PDF

Обзоры

Номер 3'2015

Тканеспецифическая экспрессия изоформ как механизм регуляции функций цитокинов

А.Н. Силков, С.В. Сенников

Обзор посвящен тканевой и клеточной специфичности альтернативного сплайсинга транскриптов и экспрессии изоформ цитокинов. Механизмы генерации альтернативных форм транскриптов вносят существенный вклад в формирование специализированных функций, присущих определенным тканям и типам клеток, и являются важнейшей частью адаптационных механизмов. Также рассмотрен вклад изоформ цитокинов в формирование микроокружения, определяющего миграцию и функциональный репертуар клеток иммунной системы. (Цитокины и воспаление. 2015. Т. 14. № 3. С. 5–9.)

Ключевые слова: цитокины, альтернативный сплайсинг, изоформы, тканеспецифичность, экспрессия генов.

Результаты геномных, транскриптомных и протеомных исследований свидетельствуют, что количество известных транскриптов и белков значительно превышает число известных генов. В основе этого увеличения лежат: транскрипция генов с альтернативных сайтов инициации транскрипции, использование альтернативных сайтов полиаденилирования и альтенативный сплайсинг экзонов, а также посттрансляционная модификация белков. В результате участия этих молекулярных механизмов, для гена становится возможным формирование нескольких альтернативных транскриптов и белковых изоформ, различающихся структурой последовательности, стабильностью и функциональными свойствами. По различным оценкам, до 95 % генов человека экспрессируются с участием перечисленных механизмов модификации транскриптов и имеют ряд альтернативных изоформ [6, 12, 32].

Экспрессия альтернативных изоформ находится под контролем цис- и транс-факторов. Среди важнейших цис-факторов сплайсинга выделяются белки, связывающие пре-мРНК, экспрессия которых может быть ткане- и клеточно-специфической и регулируемой во времени. Например, нейрон-специфический фактор сплайсинга Nova контролирует сплайсинг пяти генов (aplp2, brd9, kcnma1, neo1 и PTPRF), консервативных для нейронов у млекопитающих и рыб. Fox-белки (RBFOX1, RBFOX2, и RBFOX3) управляют альтернативным сплайсингом различных генов в сердце и мышцах у млекопитающих, в том числе генами киназ (TAK1/MAP3K7), которые обеспечивают сигналинг TGFβ [29]. Центральный регулятор сплайсинга в Т-клетках hnRNPLL приводит к значительному изменению спектра сплайс-вариантов транскриптов, экспрессированных в Т-клетках, активированных через TCR и CD28 [14]. Специфические эпителиальные факторы сплайсинга (ESRP1 и ESRP2) — РНК-связывающие белки, которые способствуют сплайсингу характерных для эпителия генов, в том числе FGFR2 [33]. Тканевая (клеточная) специфичность факторов транскрипции и сплайсинга имеет тесную связь с другими цис-факторами как генетического, так и эпигенетического характера. Совместно они определяют профиль экспрессии генов и их сплайс-вариантов и формируют баланс белковых изоформ, специфичный для разных тканей или типов клеток организма [17]. Также существуют исследования, показывающие целесообразность альтернативного сплайсинга для организма в определенные периоды онтогенеза и различия в сплайсинге у разных видов позвоночных [12, 35]. В наших исследованиях также получены данные об изменении сплайсинга цитокинов, вовлеченных в дифференцировку и созревание клеток крови и становление кроветворной и иммунной систем на разных этапах онтогенеза. Спектр и соотношение сплайс-вариантов мРНК генов иммунорегуляторных цитокинов IL-4 и IL-6 различен для человека и мыши в разных тканях, в том числе в органах гемо- и иммунопоэза: фетальной печени, селезенке, тимусе. В клетках периферической крови человека разнообразие сплайс-форм и уровень экспрессии мРНК цитокинов лейкемия-ингибирующего фактора (LIF) и фактора стволовых клеток (SCF), важных для роста эмбриональных и стволовых кроветворных клеток, снижается при переходе от пренатального в постнатальный период развития [3]. Таким образом, механизмы генерации альтернативных форм транскриптов вносят существенный вклад в формирование специализированных функций, присущих определенным тканям и типам клеток, и являются важнейшей частью адаптационных и эволюционных механизмов.

Среди систем, обеспечивающих гомеостаз и адаптацию организма, важнейшая роль принадлежит иммунной системе, внутри которой межклеточное взаимодействие опосредовано системой регуляторных белков — цитокинов. Опубликованы работы, подтверждающие, что альтернативный сплайсинг представляет собой явление, достаточно характерное для транскриптов генов цитокинов, ростовых факторов и хемокинов, а также их рецепторов, приводящее к образованию изоформ различной локализации и функций [5, 10]. Альтернативный сплайсинг, наряду с генетическими и эпигенетическими механизмами регуляции экспрессии генов, является одним из важных факторов, обеспечивающих разнообразие белков цитокиновой сети и пластичность их регуляторных эффектов [6, 17]. Именно структурное разнообразие определяет широту функционального репертуара сплайс-форм цитокинов и их рецепторов. Для многих цитокинов и рецепторов охарактеризованы свойства сплайс-вариантов, и они, как правило, отличаются от полноразмерных вариантов.

В частности, экспрессия LIF у млекопитающих может проходить с трех разных точек инициации транскрипции с образованием трех продуктов с альтернативными первыми экзонами (LIF-D, LIF-M и LIF-T) [24]. Изоформы LIF-M и LIF-T относятся к матрикс-ассоциированным и внутриклеточным формам этого цитокина. Компартментализация этих белков достоверно коррелирует со сравнительно высоким, средним и незначительным уровнем внеклеточной активности LIF при экспрессии hLIF-D, hLIF-M и hLIF-T, соответственно [31]. SCF вследствие альтернативного сплайсинга экспрессируется в растворимой и мембранной формах, которые различаются по своим функциональным характеристикам [9, 34].

В наших исследованиях показана избирательная экспрессия сплайс-форм мРНК LIF и SCF в зависимости от типа фетальных тканей человека. Типы преобладающей изоформы LIF в тканях мозга, печени, тимуса и селезенки отличаются, что указывает на различные биологические функции изоформ. Неоднородность экспрессии сплайс-форм SCF как в пределах одной ткани разных индивидов, так и в разных тканях одного организма отражает тканеспецифический характер регуляции альтернативного сплайсинга его транскриптов в фетальных тканях человека. В мононуклеарных клетках крови человека разнообразие сплайс-форм мРНК и уровень экспрессии генов SCF и LIF снижается при переходе от пренатального в постнатальный период развития, что отражает снижение системных эффектов этих цитокинов и переход к локальной экспрессии в отдельных тканях во взрослом организме [3].

Аналогично экспрессия сплайс-вариантов мРНК IL-4 и IL-4δ2; IL-6, IL-6δ2 и IL-6δ2δ4 имеет и качественные, и количественные отличия в разных типах тканей [8, 11, 13]. Учитывая, что рекомбинантный белок IL-4δ2 демонстрирует разнонаправленную активность в отношении разных типов клеток или эффекторных путей, следует полагать его различную способность к активации двух различных типов рецепторов [7, 11]. Рецепторы цитокинов, в свою очередь, также имеют особенности экспрессии на разных типах клеток. Рецепторы IL-4 включают разные белки в конечную гетеродимерную структуру и характеризуются определенной специфичностью экспрессии на разных типах клеток [15]. Этот случай не уникальный, большинство цитокинов имеют несколько типов рецепторов, которые могут использовать разные сигнальные пути и экспрессироваться с разной активностью на разных типах клеток [25, 30].

В частности, показаны различия в количестве цитокиновых рецепторов IL-1 и TNF, экспрессированных на разных популяциях иммунокомпетентных клеток периферической крови [1, 26, 28]. Кроме того, рецепторы для цитокинов IL-1, IL-4, IL-6 и других имеют растворимые формы, образующиеся вследствие альтернативного сплайсинга транскриптов и выполняющие функцию рецептора-«ловушки», блокирующего активность цитокинов. Следовательно, образование секреторных, мембраносвязанных и внутриклеточных форм цитокинов формирует «цитокиновые сигналы», которые реализуются дистантно, при межклеточном взаимодействии или внутри клетки. Образование секреторных, мембраносвязанных и внутриклеточных форм рецепторов оказывает влияние на клетки-мишени, а также формирует пул растворимых рецепторов. В комплексе набор сплайс-вариантов регуляторных молекул и рецепторов формирует значительную полиморфность цитокиновой сети, обеспечивая высокую гибкость и точную настройку иммунной системы.

Помимо прямых взаимодействий цитокин – рецептор значительную роль в формировании направления и силы эффекторного ответа могут играть костимуляторные сигналы. Например, при активации Т-лимфоцитов антиген-презентирующими клетками значительную роль играют многочисленные молекулы и рецепторы, задействованные при межклеточном взаимодействии. В частности, сплайс-варианты лектинового рецептора DC-SIGN могут иметь как сходную, так и разную эффективность активации секреции IL-2 наивными CD4+-лимфоцитами, в зависимости от наличия костимуляторных сигналов от CD3, CD25 и B7, что свидетельствует о значительной модуляции цитокиновой регуляции вследствие активации пула внутриклеточных молекул [20]. Например, в клетках эмбриональных легких и кожи сигналы от TGFβ регулируют экспрессию не только c-myc, но и нескольких сплайс-вариантов транскрипционного фактора Lef-1 [16]. Два сплайс-варианта Stat4 имеют значительные различия в списках контролируемых генов, что определяет их разную роль в передаче сигнала от IL-12 и определении функциональных свойствах Т-хелперов 1 [18]. TNF receptor-associated factor 3 (Traf3) экспрессируется в Т-клетках в виде делеционного сплайс-варианта Traf3DE8, активирующего неканонический ядерный фактор κB (ncNF-κB). Этот фактор транскрипции крайне важен для экспрессии ряда хемокинов, формирующих состав вторичных лимфоидных органов и, как следствие, адаптивный иммунный ответ [21]. Приведенные примеры свидетельствуют, что ответ на цитокин во многом зависит от внутриклеточных сигнальных молекул и факторов транскрипции. Сигнальные молекулы и факторы транскрипции являются неотъемлемым звеном реализации цитокиновых сигналов. Их экспрессия определяет цитокинсинтезирующий и функциональный репертуар субпопуляций клеток иммунной системы, характеризуется тканевой или клеточной специфичностью и изменяется при патологических процессах.

Клеточная или тканевая специфика экспрессии сплайс-вариантов цитокинов и их рецепторов формирует дополнительный уровень цитокиновой регуляции, выполняющий точную настройку цитокиновых сигналов в зависимости от локального запроса in situ. Иными словами, баланс изоформ цитокинов может как участвовать в формировании специфического тканевого или клеточного микроокружения, так и зависеть от этого микроокружения. Например, в интактных мононуклеарных клетках человека экспрессируются сплайс-варианты мРНК: IL-6, IL-6δ2 и IL-6δ2δ4, однако в процессе культивирования клеток происходит изменение спектра сплайс-вариантов мРНК, изоформа IL-6δ2δ4 исчезает. Кроме того, только в мононуклеарных клетках, культивированных в присутствии rhIL-18, экспрессируется изоформа мРНК IL-4 со сплайсированным третьим экзоном — IL-4alt3, что свидетельствует об изменении сплайсинга транскриптов гена IL4 под действием внешних сигналов. Эти данные указывают на зависимость сплайсинга от микроокружения клеток [Error: Reference source not found]. Недавние исследования показали, что альтернативный сплайсинг играет важную регуляторную роль для T-клеток. Гены, в том числе цитокинов, зависящие от hnRNPLL — центрального регулятора сплайсинга в активированных Т-клетках, экспрессированы (за счет сплайс-вариантов) сильнее в Т-клетках, активированных через TCR и CD28 по сравнению с активированными только через TCR. Сам же hnRNPLL зависит от CD28 костимуляторных сигналов, что обеспечивает механизм, посредством которого CD28 может регулировать сплайсинг в Т-клетках [14]. Следовательно, различия в балансе изоформ цитокинов, приводящие к различиям в формируемых костимуляторных сигналах, могут участвовать в этих процессах. Регуляторные механизмы сплайсинга образуют дополнительный уровень посттранскрипционной регуляции, который работает в гармонии с транскрипционной и эпигенетической регуляцией экспрессии генов существенных для активации клеток, их поляризации и миграции.

Читайте статью целиком
в печатной версии журнала
!

Содержание | Следующая статья


Начата подписка на 2016 год!

Обновление на книжной полке: компакт-диск Цитокины и воспаление, 2008 год.

© 2002-2017 Цитокины и Воспаление