Особенности протеолитической активации и секреции IL-1F
Как уже упоминалось выше, важной структурной особенность всех IL-1F является отсутствие в их аминокислотных последовательностях сигнальных участков для ко- или посттрансляционной транслокации и, следовательно, секреции путем канонического везикулярного транспорта. Исключением здесь является рецепторный антагонист IL-1 (IL-1Ra), который имеет в своем составе сигнальную последовательность и секретируется по классическому везикулярному тракту. До сих пор механизм секреции цитокинов этой группы остается не ясным. Из опытов in vitro известно, что выход из клетки этих цитокинов происходит вследствие двухстадийной активации. При этом первое воздействие, обычно посредством PAMP или провоспалительных цитокинов приводит к повышению экспрессии генов IL-1F и накоплению этих белков в цитозоле в виде неактивных полноразмерных форм. Второе воздействие, может быть связано с DAMP, приводит к выходу этих белков наружу. Например, известно, что IL-1b, IL-36β секретируеюся моноцитами после воздейстивя на нах сначала LPS, а затем активации пуриэргического рецептора P2X7 молекулами ATP. [34]. Похожий механизм описан и для IL-36. [55]
Попробуем разобраться в имеющихся сейчас теориях секреции белков этой группы. Во-первых, следует заметить, что в большинстве случаев при секреции этих белков происходит и их протеолитическая активация. Так, при секреции IL-1β и IL-18, IL-37 происходит их протеолитическое расщепление провоспалительной каспазой-1. Активация каспазы-1 имеет место в следствие сборки особого цитозольного белкового комплекса – инфламмосомы. Сборка инфламмосомы – это результат внутриклеточного сигнального пути активации рецепторов врожденного иммунитета. Эти рецепторы имеют в своем составе сенсорные NOD-подобные домены NLR и AIM2, узнающие молекулярные паттерны внутриклеточных патогенов и специализированные стресс-ассоциированные сигнальные молекулы самой клетки. В результате рецепции своих лигандов эти внутриклеточные рецепторы олигомеризуются, рекрутируют адаптерные белки ASC, которые после полимеризации образуют собственно инфламмосому – комплекс рекрутирующий и осужествляющий аутоактивацию каспазы-1 путем протеолитического расщепления прокаспазы-1. [77]
До открытия инфламмосом основной теорией, объясняющей секрецию IL-1 было его перемещение в секреторные лизосомы [5] или микровезикулы [49], где, как тогда предполагалось, осуществляет свою активность каспаза-1. Однако сейчас мы знаем, что инфламмосома и активные молекулы каспазы-1 локализованы именно в цитозоле. [11] Кроме того, дальнейшие исследования показали, что несмотря на то, что для выхода содержимого из секреторных лизосом и микровезикул требуется воздействие внеклеточным Ca2+, отсутствие подобного воздействия не приводило к нарушению секреции IL-1. Другая теория, предполагающая использоваие экзосом для секреции, первоначально выглядела вполне стройно. Действительно, известно, что ATP, являющийся фактором высвобождния IL-1b, кроме того является и фактором активации NLRP3-инфламмосом, а также может стимулировать образование клеткой экзосом. [68] Однако, дальнейшие исследования не только не смогли выявить IL-1b в экзосомах активированных моноцитов ни до, ни после их выхода, но и показало, что образование экзосом идет независимо от активации каспазы-1. [69] Кроме того, даже после выхода экзосом из клетки оставалось бы не ясным, как цитокины должны выходить из этих везикул. Так что пока теории, использования для неконвенциальной секреции везикул остаются противоречивыми.
Как уже упоминалось, фактор роста фибробластов (FGF) является близкой к IL-1 молекулой в эволюционном и структурном смысле. Молекула FGF-2 также содержит 12 бета-складчатых участков, и её секреция не происходит путем конвенциального везикулярного транспорта. По поводу его секреции имеются данные, говорящие о возможной прямой транслокации через цитоплазматическую мембрану в следствие взаимодействия с фосфоинозитидами мембраны, фосфорилирования молекул FGF-2 и стимуляции пробуравливания мембраны олигомерами FGF-2 гепарансульфатами протеогликанов гликокаликса. [81]
Еще одним механизмом, который может объяснить выведение этих цитокинов из клеток является пироптоз. От апоптоза этот процесс отличается доминирующим значением в нем воспалительной каспазы-1 и активных инфламмасом. Наличие молекулярных маркеров внутриклеточных патогенов, например, вирусов, или некоторых бактерий, приводят к запуску механизма клеточной смерти, опосредуемого типичными апоптотическими каспазами. Однако, чуть позже кроме апоптосом в клетках появляются функционирующие инфламмасомы, которые обеспечивают смену типа клеточной смерти. Если в результате апоптоза содержимое клетки, способное вызвать воспаление, по возможности изолируется внутри апоптотических телец, то в результате пироптоза большое количество активных провоспалительных цитокинов и других молекул-маркеров тканевого повреждения, выходит в межклеточное пространство. В результате, происходит не только уничтожение зараженной клетки, но и активация иммунных клеток, запускается воспаление. [98] Активированная каспаза-1 способна запускать во многих клеках, например макрофагах и кератиноцитах активацию других провоспалительных каспаз, таких как каспаза-3 и каспаза-7. До сих пор не ясно как именно, но эти каспазы запускают образование в клеточной мембране 2 нм пор, что приводит к нарушению ионного градиента и осмотическому лизису клетки. [31]
Некоторые исследования указывают, что секреция IL-1β и IL-36γ ассоциирована с лизисом клеток, причем секреция четко ассоциирована по времени с нарушением целостности мембраны. [19; 45; 79] В особенности серьезно, к этому механизму стоит отнестись в случае секреции IL-1α, IL-36, IL-38, IL-33, так как по своему физиологическому действию их можно назвать аларминами – маркерами клеточного повреждения, а их процессинг и секреция не задействуют каспазу-1. Протеолитическая активация этих белков осуществляется различными протеазами уже во внеклеточном пространстве. Причем они имеют негомологичные сайты для расщепления, так что это могут быть совершенно разные протеазы, появляющиеся в ткани лишь в определенных условиях, что в результате может создавать дополнительное измерение регуляции цитокинов этой группы (смотри далее). В случае же IL-1β существуют данные противоречащие предположению, что его секреция физиологически происходит путем пассивного выхода из погибающих клеток. Во-первых, секретирующие IL-1β нейтрофилы не подвергаются пироптозу и не имеют признаков нарушения целостности мембран во время этой секреции [18], а во-вторых, ингибирование порообразования и лизиса клеток не имело негативного эффекта на секрецию IL-1β в некоторых экспериментах [66, 88].