Назад
Исследователи сообщили о первом структурном подтверждении того, что эндогенные молекулы могут запускать врожденный иммунитет у млекопитающих через два белка иммунных клеток, называемых рецепторным комплексом TLR4-MD-2.
Эта работа имеет большое значение для поиска путей лечения и возможной профилактики аутоиммунных заболеваний, таких как рассеянный склероз и антифосфолипидный синдром.
Комплекс рецепторов TLR4-MD-2 хорошо известен своей ролью в реакции организма на инфекцию, вызванную грамотрицательными бактериями. О его роли в аутоиммунитете подозревали давно, хотя прямых доказательств не было. Группа под руководством Нобелевского лауреата Брюса Бойтлера, директора Центра генетики защиты хозяина (CGHD), выявила липиды, называемые сульфатидами, которые могут активировать датчик врожденного иммунитета TLR4, расположенный на мембране клетки. Его открытие генов, лежащих в основе рецептора TLR4, и его роли в самой ранней реакции организма на инфекцию - врожденном иммунитете - привело к присуждению ему в 2011 году Нобелевской премии по физиологии и медицине.
Бойтлер - автор-корреспондент исследования, опубликованного в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, в котором использовалась рентгеновская кристаллография для подтверждения того, как сульфатиды связываются с рецепторным комплексом.
"В течение многих лет вопрос о том, могут ли эндогенные - или собственные - молекулы активировать рецепторы врожденного иммунитета, был важным", - говорит в интервью Science Daily Бойтлер. "Ученые заметили, что наши собственные нуклеиновые кислоты могут активировать TLRs 3, 7, 8 и 9, вызывая воспаление и аутоиммунитет. Было сделано множество предположений об эндогенных лигандах для TLR4, большинство из которых - белки. Это первое исследование, с использованием структурных методов, подтверждающее существование такого лиганда TLR4, то есть молекулы, которая подходит к рецептору".
Структурные исследования TLR4-MD-2 мыши в комплексе с сульфатидами позволили группе подробно рассмотреть, как сульфатиды связываются с U-образной стороной рецепторного комплекса, чтобы активировать его. Это связывание запускает биологические механизмы, которые приводят к воспалительной реакции организма. Исследование, поднимающее новые и важные вопросы, включает некоторые наблюдения о различиях в том, как рецептор реагирует у мышей и людей. Оно также поднимает новые вопросы о том, как химический состав отдельных сульфатидов может влиять на то, как они взаимодействуют с рецепторным комплексом для активации или подавления иммунного ответа.
"Наша работа показывает, что эти или, возможно, другие эндогенные липиды действительно могут вызывать активацию TLR4", - говорит Бойтлер, добавляя, что TLR4 обычно действует как сенсор липополисахарида - также известного как эндотоксин - который находится в грамотрицательных бактериях. Связывание TLR4-LPS связано с сепсисом - потенциально смертельно опасным состоянием, при котором иммунная система переходит на повышенные обороты в ответ на инфекцию.
Сотрудники лаборатории Бойтлера ранее сообщали, что TLR4 и его ко-рецептор MD-2 могут быть активированы синтетической малой молекулой неосептин-3, созданной в сотрудничестве с лабораторией Дейла Богера, в Исследовательском институте Скриппса, которая не имеет структурного сходства с естественным микробным лигандом LPS.
"Полученная нами кристаллическая структура мышиного TLR4-MD-2 в комплексе с неосептином-3 показала, что этот рецепторный комплекс может вмещать несколько небольших молекул, а не одну большую молекулу, как LPS", - объясняет Бойтлер. "Этот результат заставил нас искать природные липиды, которые могли бы связывать и активировать сигналы TLR4-MD-2. Среди первых кандидатов были фосфоцерамиды, но они не смогли активировать рецептор. Структурные особенности сульфатидов и их большое количество в некоторых тканях заставили нас проверить их, и мы подтвердили, что некоторые сульфатиды действительно активируют TLR4".
Lijing Su et al. Сульфатиды являются эндогенными лигандами для комплекса TLR4-MD-2 (аннотация).
Многие эндогенные молекулы, в основном белки, предположительно активируют комплекс Toll-подобный рецептор 4 (TLR4)-миелоидный фактор дифференцировки-2 (MD-2), рецептор врожденного иммунитета для липополисахарида (LPS), полученного из грамотрицательных бактерий. Однако нет структурных доказательств, подтверждающих прямую активацию TLR4-MD-2 эндогенными лигандами. Сульфатиды (3-О-сульфогалактозилцерамиды) - это природные сульфатированные гликолипиды, которые, как было показано, инициируют или подавляют воспалительные реакции.
Мы показали, что сульфатиды с короткой цепью жирных кислот (FA) непосредственно активируют TLR4-MD-2 мыши независимо от CD14, запускают MyD88- и TRIF-зависимую сигнализацию и стимулируют выработку фактора некроза опухоли α (TNFα) и интерферона I типа (IFN) в макрофагах мыши. В отличие от агонистической активности в отношении рецептора мыши, протестированные сульфатиды антагонизируют активацию TLR4-MD-2 под действием LPS в макрофагоподобных клетках человека. Агонистическая и антагонистическая активность сульфатидов требует присутствия сульфатной группы и находится в обратной зависимости от длины цепи FA. Кристаллическая структура мышиного TLR4-MD-2 в комплексе с C16-сульфатидом показала, что три молекулы C16-сульфатида связываются с гидрофобным карманом MD-2 и вызывают активную димерную конформацию рецепторного комплекса, аналогичную той, которую вызывают LPS или липид A. Три молекулы C16-сульфатида частично имитировали детальные взаимодействия липида A для достижения активации рецептора.
Наши результаты позволяют предположить, что сульфатиды могут опосредовать стерильное воспаление или подавлять воспаление, стимулированное LPS, и что дополнительные эндогенные отрицательно заряженные липиды, имеющие до шести липидных цепей ограниченной длины, также могут связываться с TLR4-MD-2 и активировать или ингибировать этот комплекс.
