Интерферон гамма

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Интерферон гамма
Идентификаторы
Символы Interferon_gammaIPR002069interferon-gamma
Внешние IDs GeneCards:
Ортологи
Виды Человек Мышь
Entrez
Ensembl
UniProt
RefSeq (мРНК)

n/a

n/a

RefSeq (белок)

n/a

n/a

Локус (UCSC) n/a n/a
Поиск PubMed n/a
Править (человек)
Интерферон гамма
Кристаллическая структура биологически активной одноцепочечной мутации интерферона человека
Кристаллическая структура биологически активной одноцепочечной мутации интерферона человека
Идентификаторы
Символ IFN gamma
Pfam PF00714
Pfam clan CL0053
InterPro IPR002069
SCOP 1rfb
SUPERFAMILY 1rfb
Доступные структуры белков
Pfam структуры
PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsum 3D-модель

Интерферон гамма (IFNγ) – это димеризованный растворимый цитокин, который является единственным членом класса интерферонов II типа.[1] Э. Ф. Уилок обнаружил этот интерферон, который в начале своей истории был известен как иммунный интерферон. Он описал его как продукт человеческих лейкоцитов, стимулированных фитогемагглютинином. Впоследствии его назвали продуктом антиген-стимулированных лимфоцитов.[2] Также было выявлено, что он продуцируется в лимфоцитах человека,[3] туберкулин-сенсибилизированных перитонеальных лимфоцитах мыши,[4] зараженных PPD; результаты показали, что полученные супернатанты ингибируют рост вируса везикулярного стоматита. Эти отчеты также содержали основные наблюдения, лежащие в основе широко применяемого в настоящее время анализа высвобождения гамма-интерферона, используемого для тестирования на туберкулез. У людей белок IFNγ закодирован в гене IFNG[5][6]


Функция[править | править код]

IFNγ, интерферон II типа, это цитокин, который имеет решающее значение для врожденного и приобретенного иммунитета против вирусных, некоторых бактериальных и протозойных инфекций. IFNγ является важным активатором макрофагов и индуктором экспрессии молекул главного комплекса гистосовместимости II класса (MHC). Аберрантная экспрессия IFNγ ассоциирована с рядом аутовоспалительных и аутоиммунных заболеваний. Важность IFNγ в иммунной системе частично обусловлена его способностью непосредственно ингибировать репликацию вируса и, самое главное, его иммуностимулирующим и иммуномодулирующим действием. IFNγ продуцируется преимущественно естественными киллерами (NK) и естественными Т-киллерами (NKT) как часть врожденного иммунного ответа, а также эффекторными Т-клетками CD4 Th1 и CD8 цитотоксических Т-лимфоцитов (CTL) после развития антигенспецифического иммунитета [7][8] как часть адаптивного иммунного ответа. IFNγ также продуцируется нецитотоксическими врожденными лимфоидными клетками (ILC), семейством иммунных клеток, впервые обнаруженных в начале 2010-х годов.[9]

Структура[править | править код]

IFNγ мономер состоит из ядра из шести α-спиралей и расширенной развернутой последовательности в С-концевой области.[10][11] Это показано в структурных моделях ниже. α-спирали в ядре структуры пронумерованы от 1 до 6.

Рис. 1. Линейное представление мономера IFNγ в рисунке.[11]

Биологически активный димер образуется путем антипараллельного взаимоблокирования двух мономеров, как показано ниже. В нарисованной модели один мономер показан красным цветом, другой – синим.

Рис. 2. Линейное представление мономера IFNγ в рисунке.[11]

Связывание рецепторов[править | править код]

Рис. 3. Димер IFN, взаимодействующий с двумя молекулами рецептора IFNGR1.[11]

Клеточные реакции на IFNγ активируются путем его взаимодействия с гетеродимерным рецептором, состоящим из рецептора интерферона гамма 1 (ИФНГР1) и рецептора интерферона гамма 2 ((ИФНГР2). Связывание IFNγ с рецептором активирует сигнальный путь JAK/STAT. IFNγ также связывается с гепарансульфат гликозаминогликаном (HS) на поверхности клетки. Однако в отличие от многих других гепарансульфатсвязывающих белков, где связывание способствует биологической активности, связывание IFNγ с HS ингибирует его биологическую активность.[12]

Структурные модели, показанные на рис. 1-3 для IFNγ[11], все укорочены на своих С-концах 17-тью аминокислотами. Полная длина IFNγ составляет 143 аминокислоты в длину, модели - 126 аминокислот в длину. Аффиность к гепарансульфату находится исключительно в пределах удаленной последовательности из 17 аминокислот. .[13] В этой последовательности из 17 аминокислот лежат два кластера основных аминокислот, называемых D1 и D2 соответственно.[14] Гепарансульфат взаимодействует с обоими этими кластерами.[12] В отсутствие гепарансульфата присутствие последовательности D1 увеличивает скорость образования комплексов IFNγ-рецепторов. [12] Связываясь с D1, HS может конкурировать с рецептором и препятствовать образованию активных рецепторных комплексов.

Биологическое значение взаимодействия гепарансульфатов с IFNγ неясно, однако связывание кластера D1 с HS может защитить его от протеолитического расщепления.[14]

Биологическая активность[править | править код]

IFNγ секретируется T-хелперами (в частности, Th1-клетками), цитотоксическими Т-лимфоцитами (TC-клетки), макрофагами, эпителиоцитами слизистой оболочки и естественными киллерами. IFNγ является единственным II Типом интерферона, и серологически отличается от интерферонов I Типа; он является кислотно-лабильным, в то время как I Тип, кислотно-стабильный.

IFNγ обладает противовирусными, иммунорегулирующими и противоопухолевыми свойствами. [15] Он изменяет транскрипцию до 30 генов, вызывая различные физиологические и клеточные реакции.

К числу таких свойств относятся:

  • Способствует активности естественных клеток[источник не указан 91 день].
  • Повышает антигенное проявление и лизосомную активность макрофагов.
  • Активирует индуцибельную синтазу оксида азота (iNOS)
  • Индуцирует выработку IgG2a и IgG3 из активированных плазматических B-лимфоцитов
  • Заставляет нормальные клетки увеличивать экспрессию молекул MHC класса I, а также MHC класса II на антигенпрезентирующих клетках быть специфичными, посредством индукции генов обработки антигена, включая субъединицы иммунопротеасомы (MECL1, LMP2, LMP7), а также TAP и ERAAP в дополнение, возможно, к прямой регуляции тяжелых цепей MHC и самого B2-микроглобулина
  • Способствует адгезии и связыванию необходимых для миграции лейкоцитов
  • Индуцирует экспрессию внутренних факторов защиты: например, в отношении ретровирусов соответствующие гены включают TRIM5alpha, APOBEC и тетерин, представляющие непосредственно противовирусные эффекты
  • Простые альвеолярные макрофаги против вторичных бактериальных инфекций. [16][17]
  • IFNγ является основным цитокином, определяющим Th1-клетки: Th1 -клетки секретируют IFNγ, который, в свою очередь, заставляет более недифференцированные CD4+-клетки (Th0-клетки) дифференцироваться в Th1-клетки, представляя собой петлю положительной обратной связи, подавляя дифференцировку Th2-клеток. (Эквивалентные определения цитокинов для других клеток включает в себя: IL-4 в Th2-клеток, IL-17 и T-хелперы 17.)

Естественные клетки и цитотоксические Т-лимфоциты также продуцируют IFNγ. IFNγ подавляет образование остеокластов, быстро деградируя RANK адапторного белка TRAF6 в сигнальном пути RANK-RANKL, который в противном случае стимулирует выработку NF-κB.

Активность в образовании гранулём[править | править код]

Гранулёма – это ответная реакция организма на вещество, которое он не может удалить или стерилизовать. Инфекционные причины гранулем (инфекции обычно являются наиболее распространенной причиной гранулем) включают: туберкулёз, лепра, гистоплазмоз, криптококкоз, кокцидиоидомикоз, бластомикоз и токсоплазмоз. Примерами неинфекционных гранулематозных заболеваний являются саркоидоз, болезнь Крона, бериллиоз, гигантоклеточный артериит, гранулематоз с полиангиитом, гранулематоз Вегенера, легочные ревматоидные узелки и аспирация пищи и других твердых частиц в легкие. Инфекционная патофизиология гранулем обсуждается здесь в первую очередь.

Ключевая связь между IFNγ и гранулемами заключается в том, что IFNγ активирует макрофаги, так что они становятся более мощными в уничтожении внутриклеточных организмов. Активация макрофагов IFN γ из h1 –хелперов при микобактериальных инфекциях позволяет макрофагам преодолеть ингибирование созревания фаголизосом, вызванное микобактериями (оставаться живыми внутри макрофагов). Первыми шагами в формировании IFNγ -индуцированной гранулемы являются активация Th1-хелперов макрофагами, высвобождающими IL-1 и IL-12 в присутствии внутриклеточных патогенов, и презентация антигенов этих патогенов. Затем Th1-хелперы объединяются вокруг макрофагов и высвобождают IFNγ, который активирует макрофаги. Впоследствии активация макрофагов вызывает цикл дальнейшего уничтожения внутриклеточных бактерий и дальнейшей презентации антигенов Th1-хелперам с дальнейшим высвобождением IFNγ. Наконец, макрофаги окружают Th1-хелперы и становятся фибробластоподобными клетками, ограждающими инфекцию.

Активность во время беременности[править | править код]

Естественные киллеры матки (NK) выделяют высокие уровни хемотаксисов, таких как IFNγ. IFNγ расширяет и истончает стенки спиральных артерий матери, чтобы усилить приток крови к месту имплантации. Это ремоделирование помогает развитию плаценты, поскольку она вторгается в матку в поисках питательных веществ. Мыши с нокаутом IFNγ не могут инициировать во время беременности нормальную модификацию децидуальных артерий. Эти модели показывают аномально низкое количество клеток или некроз децидуальной оболочки.[18]

Производство[править | править код]

Рекомбинантный человеческий интерферон гамма, как дорогостоящий биофармацевтический препарат, проявляется в различных системах экспрессии, включая прокариотические, простейшие, грибковые (дрожжи), растительные, насекомые и клетки млекопитающих. Человеческий интерферон гамма обычно экспрессируется в кишечную палочку, продаваемую как ACTIMMUNE®, однако полученный продукт прокариотической экспрессионной системы не гликозилируется с коротким периодом полураспада в кровотоке после инъекции; процесс очистки от бактериальной экспрессионной системы также очень дорогостоящий. Другие системы экспрессии, такие как Pichia pastoris, не показали удовлетворительных результатов с точки зрения урожайности.[19][20]

Потенциальное использование в иммунотерапии[править | править код]

Интерферон гамма еще пока не одобрен для лечения ни в одной иммунотерапии рака. Однако улучшение выживаемости наблюдалось при введении интерферона гамма пациентам с раком мочевого пузыря и меланомой. Наиболее многообещающий результат был достигнут у пациенток со 2-й и 3-й стадиями рака яичников. Напротив, подчеркивалось: «Интерферон-γ, секретируемый CD8-позитивными лимфоцитами, усиливает регуляцию PD-L1 на раковых клетках яичников и способствует росту опухоли» [21] Исследование in vitro ИФН-гамма в раковых клетках довольно обширны, и результаты указывают на антипролиферативную активность ИФН-гаммы, приводящую к ингибированию роста или гибели клеток, обычно индуцируемой апоптозом, но иногда и аутофагией.[19] Кроме того, известно, что у млекопитающих происходит гликозилирование рекомбинантного человеческого интерферона гамма, экспрессируемого в HEK 293, что повышает его терапевтическую эффективность по сравнению с негликозилированной формой, которая экспрессируется в кишечной палочке.[22]

Взаимодействия[править | править код]

Было выяснено, что интерферон-γ взаимодействует с интерфероновым гамма-рецептором 1.[23][24]

Болезни[править | править код]

Интерферон-γ играет решающую роль в иммунном ответе против некоторых внутриклеточных патогенов, включая болезнь Шагаса.[25] Он также играет определенную роль в себорейном дерматите.[26]

Регулирование[править | править код]

Существуют доказательства того, что экспрессия интерферона гамма регулируется псевдозависимым элементом в его 5' UTR,[27] а также прямо или косвенно микроРНК: miR-29.[28] Экспрессия этого интерферона регулируется через GAPDH в Т-клетках.. Это взаимодействие происходит в 3'UTR, где связывание GAPDH препятствует трансляции последовательности мРНК.[29]

Примечания[править | править код]

  1. Gray PW, Goeddel DV (August 1982). “Structure of the human immune interferon gene”. Nature. 298 (5877): 859—63. Bibcode:1982Natur.298..859G. DOI:10.1038/298859a0. PMID 6180322.
  2. Wheelock EF (July 1965). “Interferon-Like Virus-Inhibitor Induced in Human Leukocytes by Phytohemagglutinin”. Science. 149 (3681): 310—1. Bibcode:1965Sci...149..310W. DOI:10.1126/science.149.3681.310. PMID 17838106.
  3. Green JA, Cooperband SR, Kibrick S (June 1969). “Immune specific induction of interferon production in cultures of human blood lymphocytes”. Science. 164 (3886): 1415—7. Bibcode:1969Sci...164.1415G. DOI:10.1126/science.164.3886.1415. PMID 5783715.
  4. Milstone LM, Waksman BH (November 1970). “Release of virus inhibitor from tuberculin-sensitized peritoneal cells stimulated by antigen”. Journal of Immunology. 105 (5): 1068—71. PMID 4321289.
  5. Naylor SL, Sakaguchi AY, Shows TB, Law ML, Goeddel DV, Gray PW (March 1983). “Human immune interferon gene is located on chromosome 12”. The Journal of Experimental Medicine. 157 (3): 1020—7. DOI:10.1084/jem.157.3.1020. PMC 2186972. PMID 6403645.
  6. Entrez Gene: IFNGR2.
  7. Entrez Gene: INFG.
  8. Regulation of Interferon‐γ During Innate and Adaptive Immune Responses // Regulation of interferon-gamma during innate and adaptive immune responses. — 2007. — Vol. 96. — P. 41–101. — ISBN 978-0-12-373709-0. — doi:10.1016/S0065-2776(07)96002-2.
  9. Artis D, Spits H (January 2015). “The biology of innate lymphoid cells”. Nature. 517 (7534): 293—301. Bibcode:2015Natur.517..293A. DOI:10.1038/nature14189. PMID 25592534.
  10. Ealick SE, Cook WJ, Vijay-Kumar S, Carson M, Nagabhushan TL, Trotta PP, Bugg CE (May 1991). “Three-dimensional structure of recombinant human interferon-gamma”. Science. 252 (5006): 698—702. Bibcode:1991Sci...252..698E. DOI:10.1126/science.1902591. PMID 1902591.
  11. 1 2 3 4 5 PDB 1FG9; Thiel DJ, le Du MH, Walter RL, D'Arcy A, Chène C, Fountoulakis M, et al. (September 2000). “Observation of an unexpected third receptor molecule in the crystal structure of human interferon-gamma receptor complex”. Structure. 8 (9): 927—36. DOI:10.1016/S0969-2126(00)00184-2. PMID 10986460.
  12. 1 2 3 Sadir R, Forest E, Lortat-Jacob H (May 1998). “The heparan sulfate binding sequence of interferon-gamma increased the on rate of the interferon-gamma-interferon-gamma receptor complex formation”. The Journal of Biological Chemistry. 273 (18): 10919—25. DOI:10.1074/jbc.273.18.10919. PMID 9556569.
  13. Vanhaverbeke C, Simorre JP, Sadir R, Gans P, Lortat-Jacob H (November 2004). “NMR characterization of the interaction between the C-terminal domain of interferon-gamma and heparin-derived oligosaccharides”. The Biochemical Journal. 384 (Pt 1): 93—9. DOI:10.1042/BJ20040757. PMC 1134092. PMID 15270718.
  14. 1 2 Lortat-Jacob H, Grimaud JA (March 1991). “Interferon-gamma binds to heparan sulfate by a cluster of amino acids located in the C-terminal part of the molecule”. FEBS Letters. 280 (1): 152—4. DOI:10.1016/0014-5793(91)80225-R. PMID 1901275.
  15. Schroder K, Hertzog PJ, Ravasi T, Hume DA (February 2004). “Interferon-gamma: an overview of signals, mechanisms and functions”. Journal of Leukocyte Biology. 75 (2): 163—89. DOI:10.1189/jlb.0603252. PMID 14525967.
  16. Hoyer FF, Naxerova K, Schloss MJ, Hulsmans M, Nair AV, Dutta P, et al. (November 2019). “Tissue-Specific Macrophage Responses to Remote Injury Impact the Outcome of Subsequent Local Immune Challenge”. Immunity. 51 (5): 899—914.e7. DOI:10.1016/j.immuni.2019.10.010. PMC 6892583. PMID 31732166.
  17. Yao Y, Jeyanathan M, Haddadi S, Barra NG, Vaseghi-Shanjani M, Damjanovic D, et al. (November 2018). “Induction of Autonomous Memory Alveolar Macrophages Requires T Cell Help and Is Critical to Trained Immunity”. Cell. 175 (6): 1634—1650.e17. DOI:10.1016/j.cell.2018.09.042. PMID 30433869.
  18. Ashkar AA, Di Santo JP, Croy BA (July 2000). “Interferon gamma contributes to initiation of uterine vascular modification, decidual integrity, and uterine natural killer cell maturation during normal murine pregnancy”. The Journal of Experimental Medicine. 192 (2): 259—70. DOI:10.1084/jem.192.2.259. PMC 2193246. PMID 10899912.
  19. 1 2 Razaghi A, Owens L, Heimann K (December 2016). “Review of the recombinant human interferon gamma as an immunotherapeutic: Impacts of production platforms and glycosylation”. Journal of Biotechnology. 240: 48—60. DOI:10.1016/j.jbiotec.2016.10.022. PMID 27794496.
  20. Razaghi A, Tan E, Lua LH, Owens L, Karthikeyan OP, Heimann K (January 2017). “Is Pichia pastoris a realistic platform for industrial production of recombinant human interferon gamma?”. Biologicals. 45: 52—60. DOI:10.1016/j.biologicals.2016.09.015. PMID 27810255.
  21. Abiko K, Matsumura N, Hamanishi J, Horikawa N, Murakami R, Yamaguchi K, et al. (April 2015). “IFN-γ from lymphocytes induces PD-L1 expression and promotes progression of ovarian cancer”. British Journal of Cancer. 112 (9): 1501—9. DOI:10.1038/bjc.2015.101. PMC 4453666. PMID 25867264.
  22. Razaghi A, Villacrés C, Jung V, Mashkour N, Butler M, Owens L, Heimann K (October 2017). “Improved therapeutic efficacy of mammalian expressed-recombinant interferon gamma against ovarian cancer cells”. Experimental Cell Research. 359 (1): 20—29. DOI:10.1016/j.yexcr.2017.08.014. PMID 28803068.
  23. Thiel DJ, le Du MH, Walter RL, D'Arcy A, Chène C, Fountoulakis M, et al. (September 2000). “Observation of an unexpected third receptor molecule in the crystal structure of human interferon-gamma receptor complex”. Structure. 8 (9): 927—36. DOI:10.1016/S0969-2126(00)00184-2. PMID 10986460.
  24. Kotenko SV, Izotova LS, Pollack BP, Mariano TM, Donnelly RJ, Muthukumaran G, et al. (September 1995). “Interaction between the components of the interferon gamma receptor complex”. The Journal of Biological Chemistry. 270 (36): 20915—21. DOI:10.1074/jbc.270.36.20915. PMID 7673114.
  25. Leon Rodriguez DA, Carmona FD, Echeverría LE, González CI, Martin J (March 2016). “IL18 Gene Variants Influence the Susceptibility to Chagas Disease”. PLOS Neglected Tropical Diseases. 10 (3): e0004583. DOI:10.1371/journal.pntd.0004583. PMC 4814063. PMID 27027876.
  26. Trznadel-Grodzka E, Błaszkowski M, Rotsztejn H (November 2012). “Investigations of seborrheic dermatitis. Part I. The role of selected cytokines in the pathogenesis of seborrheic dermatitis”. Postepy Higieny I Medycyny Doswiadczalnej. 66: 843—7. DOI:10.5604/17322693.1019642. PMID 23175340.
  27. Ben-Asouli Y, Banai Y, Pel-Or Y, Shir A, Kaempfer R (January 2002). “Human interferon-gamma mRNA autoregulates its translation through a pseudoknot that activates the interferon-inducible protein kinase PKR”. Cell. 108 (2): 221—32. DOI:10.1016/S0092-8674(02)00616-5. PMID 11832212.
  28. Asirvatham AJ, Gregorie CJ, Hu Z, Magner WJ, Tomasi TB (April 2008). “MicroRNA targets in immune genes and the Dicer/Argonaute and ARE machinery components”. Molecular Immunology. 45 (7): 1995—2006. DOI:10.1016/j.molimm.2007.10.035. PMC 2678893. PMID 18061676.
  29. Chang CH, Curtis JD, Maggi LB, Faubert B, Villarino AV, O'Sullivan D, et al. (June 2013). “Posttranscriptional control of T cell effector function by aerobic glycolysis”. Cell. 153 (6): 1239—51. DOI:10.1016/j.cell.2013.05.016. PMC 3804311. PMID 23746840.

Литература[править | править код]