Гранзимы - это сериновые протеазы, выделяемые цитоплазматическими гранулами цитотоксических Т-клеток и естественных киллеров (NK). Они вызывают запрограммированную гибель клеток (апоптоз) в клетке-мишени, тем самым устраняя клетки, которые стали злокачественными или инфицированы вирусами или бактериями . [1] Гранзимы также убивают бактерии [2] и подавляют репликацию вирусов. В NK-клетках и Т-клетках гранзимы упакованы в цитотоксические гранулы вместе с перфорином.. Гранзимы также могут быть обнаружены в шероховатом эндоплазматическом ретикулуме, комплексе Гольджи и ретикулуме транс-Гольджи. Содержимое цитотоксических гранул позволяет гранзимам проникать в цитозоль клетки-мишени. Гранулы высвобождаются в иммунный синапс, образованный клеткой-мишенью, где перфорин опосредует доставку гранзимов в эндосомы клетки-мишени и, наконец, в цитозоль клетки-мишени. Гранзимы являются частью семейства серинэстераз. [3] Они тесно связаны с другими иммунной сериновых протеаз , выраженных врожденных иммунных клеток, таких как эластаза нейтрофилов и катепсина G . [4]
Гранзим B активирует апоптоз, активируя каспазы (особенно каспазу-3 ), которая расщепляет многие субстраты, включая активируемую каспазой ДНКазу, вызывая гибель клеток. Гранзим B также расщепляет белок Bid , который задействует белки Bax и Bak для изменения проницаемости мембран митохондрий, вызывая высвобождение цитохрома c (который является одной из частей, необходимых для активации каспазы-9 через апоптосомы ), Smac / Diablo и Omi / HtrA2 (которые подавляют ингибитор белков апоптоза (IAP)), среди других белков. Гранзим B также расщепляет многие белки, ответственные за апоптоз, в отсутствие активности каспаз. Другие гранзимы активируют гибель клеток за счет каспазозависимых и каспазонезависимых механизмов. [1]
Помимо уничтожения своих клеток-мишеней, гранзимы могут нацеливаться и убивать внутриклеточные патогены. Гранзимы A и B вызывают летальное окислительное повреждение бактерий, расщепляя компоненты цепи переноса электронов [2], в то время как гранзим B расщепляет вирусные белки, подавляя активацию и репликацию вирусов. [5] Гранзимы связываются непосредственно с ДНК и РНК нуклеиновых кислот; это усиливает их расщепление белков, связывающих нуклеиновые кислоты. [4]
Совсем недавно, помимо Т-лимфоцитов, было показано, что гранзимы экспрессируются в других типах иммунных клеток, таких как дендритные клетки, В-клетки и тучные клетки. Кроме того, гранзимы могут также экспрессироваться в неиммунных клетках, таких как кератиноциты, пневмоциты и хондроциты. [6] Поскольку многие из этих типов клеток либо не экспрессируют перфорин, либо не образуют иммунологических синапсов, гранзим B выделяется внеклеточно. Внеклеточный гранзим B может накапливаться во внеклеточном пространстве при заболеваниях, связанных с нарушением регуляции или хроническим воспалением, что приводит к деградации белков внеклеточного матрикса и нарушению заживления и ремоделирования тканей. [7] Внеклеточный гранзим B вовлечен в патогенез атеросклероза, [8] аневризмы [9] [10] сосудистой протечки, [11] заживления хронических ран, [10] [12] и старения кожи. [13]
История
В 1986 году Юрг Чопп и его группа опубликовали статью об открытии гранзимов. В статье они обсудили, как они очистили, охарактеризовали и обнаружили множество гранзимов, обнаруженных в цитолитических гранулах, которые переносятся цитотоксическими Т-лимфоцитами и естественными клетками-киллерами. Юрг смог идентифицировать 8 различных гранзимов и обнаружил частичные аминокислотные последовательности для каждого. За пять лет до того, как Юрг и его команда придумали название гранзимы, молекулы получили неофициальное название Grs. [14]
Секрецию гранзима можно обнаружить и измерить с помощью методов вестерн-блоттинга или ELISA . Клетки, секретирующие гранзимы, могут быть идентифицированы и количественно определены с помощью проточной цитометрии или ELISPOT . Альтернативно, активность гранзимов может быть определена на основании их протеазной активности. [ необходима цитата ]
Прочие функции
В статье Каллена «Гранзимы при раке и иммунитете» он обсуждает, как известно, что гранзим А обнаруживается в повышенных уровнях у пациентов, которые в настоящее время имеют инфекционное заболевание и / или находятся в провоспалительном состоянии. Также было обнаружено, что гранзимы помогают инициировать воспалительную реакцию. «Например, у пациентов с ревматоидным артритом повышен уровень гранзима А в синовиальной жидкости опухших суставов». [15] Когда гранзимы находятся во внеклеточном состоянии, они обладают способностью активировать макрофаги и тучные клетки, чтобы вызвать воспалительную реакцию. Взаимодействие между гранзимами и соматическими клетками все еще необъяснимо, но прогресс в понимании этого процесса происходит постоянно. Другие гранзимы, такие как гранзим К , были обнаружены у большого количества пациентов с сепсисом. Было обнаружено, что Granzyme H имеет прямую корреляцию с пациентами с вирусной инфекцией. Ученые пришли к выводу, что гранзим H специализируется на обнаружении «протеолитической деградации», обнаруживаемой в вирусных белках. [15]
Каллен далее заявляет в своей статье, что гранзимы могут играть роль в иммуномодуляции или поддерживать гомеостаз в иммунной системе во время инфекции. «У людей потеря функции перфорина приводит к синдрому, называемому семейным гемофагоцитарным лимфогистиоцитозом […]». [15] Этот синдром может привести к смерти, потому что и Т-клетки, и макрофаги размножаются, чтобы бороться с патогеном, что приводит к вредным уровням провоспалительных цитокинов. Гиперактивация может привести к воспалению жизненно важных органов, анемии из-за сверхактивированных макрофагов, фагоцитирующих клетки крови, и потенциально может привести к летальному исходу.
В статье Трапани он говорит о том, что гранзимы могут иметь и другие функции, помимо их способности бороться с инфекцией. Гранзим А содержит определенные химические вещества, которые позволяют ему вызывать пролиферацию В-клеток, снижая вероятность роста и образования рака. Тесты на мышах показали, что гранзимы А и В могут не иметь прямого отношения к борьбе с вирусными инфекциями, но помогают ускорить реакцию иммунной системы. [16]
В исследованиях рака
В статье Каллена «Гранзимы в раке и иммунитете» он описывает процесс « иммунного надзора [как] процесс, при котором предраковые и злокачественные клетки распознаются иммунной системой как поврежденные и, следовательно, подлежат уничтожению». [15] Для того, чтобы опухоль прогрессировала, необходимы условия в организме и в окружающей среде, способствующие росту. Почти у всех людей есть иммунные клетки, подходящие для борьбы с опухолями в организме. Исследования показали, что иммунная система даже имеет способность предотвращать рост предраковых клеток и регулировать регресс уже сформировавшихся опухолей. Опасность раковых клеток заключается в том, что они способны подавлять функцию иммунной системы. Хотя опухоль может быть в начальной стадии и очень слабой, она может выделять химические вещества, которые подавляют функцию иммунной системы, позволяя ей расти и становиться вредной. Тесты показали, что мыши без гранзимов и перфоринов подвержены высокому риску распространения опухолей по всему телу. [15]
Опухоли обладают способностью ускользать от иммунного надзора за счет секреции иммуносупрессивного TGF-β . Это подавляет пролиферацию и активацию Т-клеток. Продукция TGF-β - самый мощный механизм иммунного избегания, используемый опухолями. TGF-β подавляет экспрессию пяти различных цитотоксических генов, включая перфорин, гранзим A и гранзим B, что затем ингибирует опосредованный Т-клетками клиренс опухоли.
Роль перфорина в защите организма от лимфомы была подчеркнута, когда ученые обнаружили, что р53 не играет такой большой роли в надзоре за лимфомой, как его аналог перфорин. Было обнаружено, что перфорин и гранзимы имеют напрямую связанную способность защищать организм от образования различных видов лимфом. [15]
Гены
- ГЗМА
- ГЗМБ
- GZMH
- ГЗМК
- GZMM
Рекомендации
- ^ a b Bots M, Medema JP (декабрь 2006 г.). «Краткий обзор Granzymes» . Журнал клеточной науки . 119 (Pt 24): 5011–4. DOI : 10,1242 / jcs.03239 . PMID 17158907 .
- ^ а б Валч М., Дотивала Ф, Мулик С. и др. (Июнь 2014 г.). «Цитотоксические клетки убивают внутриклеточные бактерии посредством доставки гранзимов, опосредованной гранулизином» . Cell . 157 (6): 1309–23. DOI : 10.1016 / j.cell.2014.03.062 . PMC 4090916 . PMID 24906149 .
- ^ Петерс П.Дж., Борст Дж., Оршот В. и др. (Май 1991 г.). «Гранулы цитотоксических Т-лимфоцитов представляют собой секреторные лизосомы, содержащие как перфорин, так и гранзимы» . Журнал экспериментальной медицины . 173 (5): 1099–109. DOI : 10,1084 / jem.173.5.1099 . PMC 2118839 . PMID 2022921 .
- ^ а б Томас М.П., Вангбо Дж., Маккроссан Дж. И др. (Июнь 2014 г.). «Связывание протеазы лейкоцитов с нуклеиновыми кислотами способствует ядерной локализации и расщеплению белков, связывающих нуклеиновые кислоты» . Журнал иммунологии . 192 (11): 5390–7. DOI : 10.4049 / jimmunol.1303296 . PMC 4041364 . PMID 24771851 .
- ^ Марсет-Паласиос М., Дугган Б.Л., Шостак И. и др. (Декабрь 2011 г.). «Гранзим B подавляет продукцию вируса осповакцины посредством протеолитического расщепления эукариотического фактора инициации 4 гамма 3» . PLoS Патогены . 7 (12): e1002447. DOI : 10.1371 / journal.ppat.1002447 . PMC 3240606 . PMID 22194691 .
- ^ Хендель А., Хиберт П. Р., Бойвин В. А., Уильямс С. Дж., Гранвиль Д. Д. (апрель 2010 г.). «Гранзимы при возрастных сердечно-сосудистых и легочных заболеваниях» . Смерть и дифференциация клеток . 17 (4): 596–606. DOI : 10.1038 / cdd.2010.5 . PMID 20139894 .
- ^ 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 .
- ^ Хиберт PR, Бойвин В.А., Чжао Х., МакМанус Б.М., Гранвиль DJ (2013). «Перфорин и гранзим B играют разные и разные роли во время развития атеросклеротических бляшек у мышей с нокаутом аполипопротеина E» . PLOS ONE . 8 (10): e78939. DOI : 10.1371 / journal.pone.0078939 . PMC 3811993 . PMID 24205352 .
- ^ Чемберлен С.М., Энг Л.С., Бойвин В.А. и др. (Февраль 2010 г.). «Перфорин-независимая активность внеклеточного гранзима B способствует развитию аневризмы брюшной аорты» . Американский журнал патологии . 176 (2): 1038–49. DOI : 10,2353 / ajpath.2010.090700 . PMC 2808106 . PMID 20035050 .
- ^ а б Hsu I, Parkinson LG, Shen Y, et al. (2014). «Serpina3n ускоряет восстановление тканей в модели замедленного заживления ран у мышей с диабетом» . Смерть клетки и болезнь . 5 (10): e1458. DOI : 10.1038 / cddis.2014.423 . PMC 4237249 . PMID 25299783 .
- ^ Хендель А., Сюй И., Гранвиль диджей (июль 2014 г.). «Гранзим B высвобождает фактор роста эндотелия сосудов из внеклеточного матрикса и вызывает проницаемость сосудов» . Лабораторные исследования . 94 (7): 716–25. DOI : 10.1038 / labinvest.2014.62 . PMC 4074428 . PMID 24791744 .
- ^ Hiebert PR, Wu D, Granville DJ (октябрь 2013 г.). «Гранзим B разрушает внеклеточный матрикс и способствует отсроченному закрытию ран у мышей с нокаутом аполипопротеина E» . Смерть и дифференциация клеток . 20 (10): 1404–14. DOI : 10.1038 / cdd.2013.96 . PMC 3770318 . PMID 23912712 .
- ^ Hiebert PR, Boivin WA, Abraham T., Pazooki S, Zhao H, Granville DJ (июнь 2011 г.). «Гранзим B способствует ремоделированию внеклеточного матрикса и старению кожи у мышей с нокаутом аполипопротеина Е». Экспериментальная геронтология . 46 (6): 489–99. DOI : 10.1016 / j.exger.2011.02.004 . PMID 21316440 .
- ^ Юэн К.Л., Кейн КП, Бликли Р.К. (январь 2012 г.). «Четверть века гранзимов» . Смерть и дифференциация клеток . 19 (1): 28–35. DOI : 10.1038 / cdd.2011.153 . PMC 3252830 . PMID 22052191 .
- ^ а б в г д е Каллен С.П., Брюнет М., Мартин С.Дж. (апрель 2010 г.). «Гранзимы в раке и иммунитете» . Смерть и дифференциация клеток . 17 (4): 616–23. DOI : 10.1038 / cdd.2009.206 . PMID 20075940 .
- ^ Трапани Дж. А. (2001). «Гранзимы: семейство сериновых протеаз гранул лимфоцитов» . Геномная биология . 2 (12): ОБЗОРЫ 3014. DOI : 10.1186 / GB-2001-2-12-reviews3014 . PMC 138995 . PMID 11790262 .