stringtranslate.com

Гранзим B

Гранзим B ( GrB ) является одним из гранзимов сериновой протеазы , наиболее часто встречающихся в гранулах естественных клеток-киллеров (NK-клеток) и цитотоксических Т-клеток . Он секретируется этими клетками вместе с порообразующим белком перфорином для опосредования апоптоза в клетках-мишенях.

Также было обнаружено, что гранзим B вырабатывается широким спектром нецитотоксических клеток, от базофилов и тучных клеток до гладкомышечных клеток . [1] Вторичные функции гранзима B также многочисленны. Было показано, что гранзим B участвует в индукции воспаления путем стимуляции высвобождения цитокинов , а также участвует в ремоделировании внеклеточного матрикса .

Повышенный уровень гранзима B также связан с рядом аутоиммунных заболеваний , несколькими кожными заболеваниями и диабетом 1 типа .

Структура

У людей гранзим B кодируется геном GZMB на хромосоме 14q.11.2, который имеет длину 3,2 кб и состоит из 5 экзонов . [2] Это один из самых распространенных гранзимов, 5 из которых встречаются у людей и 10 у мышей. [1] Считается, что гранзим B произошел от предшественника, родственного гранзиму H , и более эффективен при более низких концентрациях, чем другие гранзимы. [3]

Фермент изначально находится в неактивной форме предшественника зимогена с дополнительной аминоконцевой пептидной последовательностью. [3] Эта последовательность может быть расщеплена катепсином C , удаляя 2 аминокислоты . [4] Также сообщалось, что катепсин H активирует гранзим B. [2]

Структура гранзима B состоит из двух шестицепочечных β-слоев с тремя трансдоменными сегментами. В гранулах цитотоксических лимфоцитов фермент может существовать в двух гликозилированных формах. Высокоманнозная форма весит 32 кДа, а комплексная форма — 35 кДа. [2]

Гранзим B содержит каталитическую триаду гистидин - аспарагиновая кислота - серин в своем активном центре и предпочтительно расщепляет после остатка аспарагиновой кислоты, расположенного в позиции P1. Остаток аспарагиновой кислоты, который должен быть расщеплен, ассоциируется с остатком аргинина в связывающем кармане фермента. [5] Гранзим B активен при нейтральном pH и, следовательно, неактивен в кислых гранулах CTL. Фермент также становится неактивным, когда связывается с серглицином в гранулах, чтобы избежать запуска апоптоза внутри самих цитотоксических Т-клеток. [4]

Доставка

Гранзим B высвобождается с перфорином, который встраивается в плазматическую мембрану клетки-мишени, образуя пору . Перфорин имеет радиус 5,5 нм, а гранзим B имеет радиус Стокса 2,5 нм и, следовательно, может проходить через пору перфорина в цель, подлежащую разрушению.

В качестве альтернативы, после высвобождения, гранзим B может связываться с отрицательно заряженными рецепторами, содержащими гепарансульфат, на клетке-мишени и подвергаться эндоцитозу . Везикулы , несущие фермент внутри, затем лопаются, открывая гранзим B цитоплазме и его субстратам . [3] Hsp-70 также связывают с содействием проникновению гранзима B. [5] [6]

Также было предложено, что гранзим B проникает в цель, сначала обменивая свой связанный серглицин на отрицательные фосфолипиды в плазматической мембране цели. Затем проникновение происходит посредством менее селективного процесса абсорбционного пиноцитоза . [2]

Опосредованный апоптоз

Попав внутрь клетки-мишени, гранзим B может расщеплять и активировать инициирующие каспазы 8 и 10 , а также исполнительные каспазы 3 и 7 , которые запускают апоптоз. [1] Каспаза 7 наиболее чувствительна к гранзиму B, а каспазы 3, 8 и 10 расщепляются только на промежуточные фрагменты и требуют дальнейшего расщепления для полной активации. [7]

Гранзим B также может расщеплять BID , что приводит к олигомеризации BAX / BAK и высвобождению цитохрома c из митохондрий . Гранзим B может расщеплять ICAD , что приводит к фрагментации ДНК и лестничному паттерну , связанному с апоптозом. [1]

Гранзим B имеет потенциал более 300 субстратов и может расщеплять Mcl-1 во внешней митохондриальной мембране, снимая его ингибирование Bim . Bim стимулирует олигомеризацию BAX/BAK, проницаемость митохондриальной мембраны и апоптоз. Гранзим B также может расщеплять HAX1 (белок X-1, ассоциированный с Hs-1), способствуя поляризации митохондрий. [2]

Гранзим B также может генерировать цитотоксический уровень митохондриальных активных форм кислорода (ROS), чтобы опосредовать гибель клеток. [8] Считается, что независимые от каспазы пути гибели клеток возникли для преодоления вирусов , которые могут ингибировать каспазы и предотвращать апоптоз. [4]

Цели

Ядро

Гранзим B имеет много субстратов, расположенных в ядре . Гранзим B может расщеплять PARP (поли-АДФ-рибозополимеразу) и DNA PK (ДНК-протеинкиназу), нарушая репарацию ДНК и интеграцию ретровирусной ДНК. Гранзим B также может расщеплять нуклеофосмин , топоизомеразу 1 и нуклеолин , предотвращая репликацию вируса.

Гранзим B может расщеплять ICP4 из вируса HSV 1 , который является важным белком, используемым для трансактивации генов , а NUMA (белок ядерного митотического аппарата) может расщепляться для предотвращения митоза . [1]

Гранзим B также может расщеплять DBP (ДНК-связывающий белок) на фрагмент массой 50 кДа, а затем на дополнительные 60 кДа косвенно через активируемые им каспазы. [9]

Внеклеточный матрикс

Гранзим B может разрушать многие белки внеклеточного матрикса (ECM), включая фибронектин , витронектин и аггрекан . Расщепление может вызвать гибель клеток из-за аноикиса и высвободить алармины из ECM, вызывая воспаление. [1] Фрагменты фибронектина могут привлекать нейтрофилы и стимулировать экспрессию ММП из хондроцитов . [5] Базофилы секретируют гранзим B для разрушения эндотелиальных межклеточных контактов, что позволяет экстравазировать их в места воспаления. [6]

Гранзим B также может вызывать воспаление, обрабатывая цитокины IL-1α и IL18 . Он также может вызывать высвобождение IL6 и IL8 посредством активации PAR1 (рецептора 1, активируемого протеазой). [10]

Расщепление витронектина происходит в месте связывания интегрина RGD , прерывая сигнальные пути роста клеток. Расщепление ламинина и фибронектина нарушает прикрепление дермально-эпидермального соединения и перекрестные помехи, в то время как разрушение декорина гранзимом B вызывает дезорганизацию коллагена , истончение и старение кожи. Кератиноциты могут экспрессировать гранзим B после воздействия UVA и UVB , что связано с фотостарением кожи. [10]

Гранзим B также может ухудшать заживление ран. Расщепление фактора фон Виллебранда подавляет агрегацию тромбоцитов , а плазминогена производит фрагмент ангиостатина, предотвращая ангиогенез . Разрезание фибронектинов и витронектинов задерживает формирование временной матрицы, что еще больше ухудшает заживление ран. [10]

Регуляция Т-клеток

Гранзим B секретируется регуляторными Т-клетками (treg) для уничтожения CD4 + Т-клеток, которые не подвергались воздействию клеток-хозяев, ограниченных периферическими тканями и не способных достичь тимуса . Эта вызванная активацией гибель клеток (AICD) может быть достигнута без пути смерти Fas и предотвращает аутоиммунную реакцию на собственные антигены . [1]

Ингибиторы

Наиболее распространенным ингибитором гранзима B является SERPINB9, также известный как ингибитор протеиназы девять (PI-9), который состоит из 376 аминокислот и находится в ядре и цитоплазме. [2] Он вырабатывается многими типами клеток для защиты себя от случайной гибели клеток, опосредованной гранзимом B. PI-9 является метастабильным и образует энергетически выгодную конформацию при связывании с гранзимом B. Реактивный петлевой центр (RCL) молекулы PI-9 действует как псевдосубстрат и первоначально образует обратимый комплекс Михаэлиса. После того, как пептидная связь RCL расщепляется между позициями P1 и P1', гранзим B постоянно ингибируется. Однако, если RCL расщепляется эффективно, PI-9 не действует как субстрат самоубийства 1:1 , и гранзим B остается неингибированным. [11] Гранзим M также может расщеплять PI-9 в ядре и цитоплазме, чтобы снять ингибирование гранзима B. [2] Белок L4-100K из аденовирусов также может ингибировать гранзим B, связываясь с экзосайтами и специфическими связывающими карманами. [3] L4-100K — это сборочный белок, который может транспортировать гексонные капсомеры в ядро ​​аденовируса. 100k может быть расщеплен до фрагмента 90kDa гранзимом H, чтобы снять это ингибирование, что важно в клетках, инфицированных аденовирусом 5. [9]

Роль в заболевании

Гранзим B имеет нормальную концентрацию 20-40 пг/мл в плазме крови , сохраняя при этом 70% активности, а повышенные концентрации гранзима B обнаруживаются при ряде болезненных состояний. [5] Гранзим B может генерировать аутоантигены, расщепляя неупорядоченные области и линкерные области антигенов, обнажая новые эпитопы , и это может вызвать развитие аутоиммунных заболеваний. [5] [12]

Высвобождение гранзима B с перфорином из CD8 + T-клеток может вызвать отторжение трансплантата сердца и почки за счет уничтожения аллогенных эндотелиальных клеток. Разрушение инсулин - продуцирующих β-клеток в островках поджелудочной железы опосредовано T-клетками и гранзимом B, что способствует развитию диабета 1 типа. Гранзим B также может опосредовать гибель клеток после повреждения спинного мозга и обнаруживается в повышенных уровнях при ревматоидном артрите .

Хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) приписывается гранзиму B, секретируемому NK- и T-клетками, вызывающему апоптоз эпителиальных клеток бронхов . Дестабилизация и ремоделирование матрикса гранзимом B также связаны с патогенезом астмы . Гранзим B может убивать меланоциты, вызывая состояние кожи витилиго , а повышенная экспрессия гранзима B обнаруживается при контактном дерматите , склерозирующем лишае и красном плоском лишае .

Цитотоксические клетки, экспрессирующие гранзим B, были идентифицированы вблизи волосяных фолликулов , что связывает возможную роль в выпадении волос. [5] Свойства ремоделирования ECM гранзима B также предполагают его участие в ремоделировании левого желудочка , что увеличивает последующие шансы инфаркта миокарда . Ослабление фиброзной оболочки атероматозных бляшек путем апоптоза гладкомышечных клеток также связано с гранзимом B. [13]

Ссылки

  1. ^ abcdefg Афонина ИС, Каллен СП, Мартин СДЖ (май 2010). "Цитотоксические и нецитотоксические роли гранзима B протеазы CTL/NK". Immunological Reviews . 235 (1): 105–16. doi :10.1111/j.0105-2896.2010.00908.x. PMID  20536558.
  2. ^ abcdefg Русалова И, Крепела Е (декабрь 2010 г.). «Гранзим В-индуцированный апоптоз в раковых клетках и его регуляция (обзор)». Международный журнал онкологии . 37 (6): 1361–78. doi : 10.3892/ijo_00000788 . PMID  21042704.
  3. ^ abcd Kurschus FC, Jenne DE (май 2010). «Доставка и терапевтический потенциал человеческого гранзима B». Immunological Reviews . 235 (1): 159–71. doi :10.1111/j.0105-2896.2010.00894.x. PMID  20536562.
  4. ^ abc Wowk ME, Trapani JA (июль 2004 г.). «Цитотоксическая активность лимфоцитарного токсина гранзима B». Микробы и инфекции . 6 (8): 752–8. doi : 10.1016/j.micinf.2004.03.008 . PMID  15207822.
  5. ^ abcdef Boivin WA, Cooper DM, Hiebert PR, Granville DJ (ноябрь 2009 г.). «Внутриклеточный и внеклеточный гранзим B в иммунитете и болезнях : бросая вызов догме». Лабораторные исследования; Журнал технических методов и патологии . 89 (11): 1195–220. doi : 10.1038/labinvest.2009.91 . PMC 7102238. PMID  19770840. 
  6. ^ ab Cullen SP, Brunet M, Martin SJ (апрель 2010 г.). «Гранзимы при раке и иммунитете». Смерть клеток и дифференциация . 17 (4): 616–23. doi : 10.1038/cdd.2009.206 . PMID  20075940.
  7. ^ Waterhouse NJ, Sedelies KA, Trapani JA (февраль 2006 г.). «Роль индуцированной Bid проницаемости митохондриальной наружной мембраны в апоптозе, индуцированном гранзимом B». Иммунология и клеточная биология . 84 (1): 72–8. doi :10.1111/j.1440-1711.2005.01416.x. PMID  16405654.
  8. ^ Choy JC (апрель 2010 г.). «Гранзимы и перфорин при отторжении трансплантата солидного органа». Cell Death and Differentiation . 17 (4): 567–76. doi : 10.1038/cdd.2009.161 . PMID  19876069.
  9. ^ ab Waterhouse NJ, Trapani JA (сентябрь 2007 г.). "H is for helper: granzyme H help granzyme B kill adenovirus-infected cells". Trends in Immunology . 28 (9): 373–5. doi :10.1016/j.it.2007.08.001. PMID  17766182.
  10. ^ abc Hiebert PR, Granville DJ (декабрь 2012 г.). «Гранзим B при травмах, воспалениях и восстановлении». Тенденции в молекулярной медицине . 18 (12): 732–41. doi :10.1016/j.molmed.2012.09.009. PMID  23099058.
  11. ^ Kaiserman D, Bird PI (апрель 2010). «Контроль гранзимов серпинами». Смерть клеток и дифференциация . 17 (4): 586–95. doi : 10.1038/cdd.2009.169 . PMID  19893573.
  12. ^ Darrah E, Rosen A (апрель 2010 г.). «Расщепление аутоантигенов гранзимом B при аутоиммунитете». Cell Death and Differentiation . 17 (4): 624–32. doi :10.1038/cdd.2009.197. PMC 3136751. PMID  20075942 . 
  13. ^ Saito Y, Kondo H, Hojo Y (март 2011 г.). «Гранзим B как новый фактор, участвующий в сердечно-сосудистых заболеваниях». Журнал кардиологии . 57 (2): 141–7. doi : 10.1016/j.jjcc.2010.10.001 . PMID  21168312.

Внешние ссылки