Съдържание

имунния

Резюме

Много патогени, които могат да заразят C. elegans са описани, включително някои, които съжителстват с нематодата в естествената й среда. Тази глава описва сегашното ни разбиране за различните вродени имунни реакции на C. elegans които следват инфекция. Той се фокусира върху основните сигнални пътища, които са идентифицирани и подчертава включването на някои молекулярни касети както в имунната, така и в развитието на функциите.

1. Въведение

C. elegans се очертава като изключително мощен модел за изследване на вродения имунитет, т.е. фундаменталните аспекти на отговора на гостоприемника към инфекция, допълващ по-утвърдени модели като дрозофила (Kurz и Ewbank, 2003). През 1999 г. групата Ausubel публикува работа, показваща, че C. elegans може да бъде заразена с Pseudomonas aeruginosa, повсеместна Грам-отрицателна бактерия, свързана с хронични белодробни инфекции при пациенти с муковисцидоза, и че специфичните мутанти на червеи имат повишена податливост към летална интоксикация (Mahajan- Miklos et al., 1999). Работата от групата на Ausubel също показва, че червеите могат да се използват за идентифициране на универсални фактори на вирулентност, необходими за бактериалната патогенеза, независимо от гостоприемника (прегледано в Mahajan-Miklos et al., 2000; Tan et al., 1999a; Tan et al., 1999b). В годините след тези публикации са идентифицирани много различни микроби, които могат да заразят червеи и има множество проучвания, използващи C. elegans за изследване на бактериалната патогенеза, както и на вродения имунитет. Те са помогнали да се определи значението на модела за разбиране на взаимодействията гостоприемник и патоген при висшите организми (прегледано в Alegado et al., 2003; Kurz and Ewbank, 2003; Kurz and Tan, 2004; Millet and Ewbank, 2004).

Тази глава ще разгледа пътищата, участващи в отговора на C. elegans на инфекция. Повтаряща се тема ще бъде, че сигналните пътища, участващи в вродените защитни сили, включват протеинови касети, които играят съществена роля в други, на пръв поглед несвързани процеси на развитие или физиологични процеси.

Настоящият изглед на защитата срещу червеи е получен чрез различни методи, включително предни генетични екрани, RNAi, микрочипове и генни подходи. Доказано е, че поне 4 пътища участват във вродения имунитет на C. elegans и е установено припокриване между гените, участващи в защитата на патогените и дълголетието. Погледнато назад, това не е толкова изненадващо, тъй като стандартният щам на E. coli OP50 не е напълно доброкачествен. При определени културни условия той е способен да опиянява бързо червеи (Garsin et al., 2001) и дори на стандартни NGM плочи колонизацията на червата чрез OP50, с произтичащи от това увреждания на тъканите, изглежда една от основните причини, поради които старите червеи умират (Gems and Riddle, 2000; Herndon et al., 2002; преглед в Alegado et al., 2003; Kurz and Tan, 2004).

Инфекцията на C. elegans причинява специфични промени в генната регулация. В случай на бактериални патогени, които колонизират червата, индуцираните гени включват тези, кодиращи антимикробни пептиди и протеини (например, определени ценацини и лизозими, съответно). Много от тях се експресират конкретно в чревните клетки и има косвени доказателства, които предполагат, че пептидите и протеините се секретират в лумена на червата и директно са насочени към всички микроорганизми, които се намират там, като по този начин допринасят за защитата на червеите (Kurz and Tan, 2004; Mallo и др., 2002). Те могат да действат в синергия с конститутивно експресирани антимикробни протеини и пептиди, включително семейството ABF (антибактериален фактор) (Kato et al., 2002).

2. Пътят DBL-1

Фигура 1. DBL-1/TGF- β пътека. Свързването на TGF-β-подобен лиганд с хетеродимерния DAF-4/SMA-6 рецептор води до фосфорилиране и активиране на SMAD протеините SMA-2, SMA-3 и SMA-4. Те се транслоцират в ядрото, където могат да активират генната експресия, в някои случаи заедно със SMA-9.

3. Пътят на DAF-2/DAF-16

Една от целите на dbl-1 пътя, която се регулира от бактериална инфекция, е лизозимният ген lys-8. Втори път, за който е доказано, че участва в антибактериалната защита, пътят DAF-2/DAF-16 (Фигура 2), също регулира неговата експресия (Murphy et al., 2003). Споменат по-горе, този път е добре характеризиран с ролята си в контрола на дълголетието при C. elegans .

Фигура 2. Пътят на DAF-2/DAF-16. (A) В присъствието на агонистичен лиганд, като инсулиноподобния пептид DAF-28, DAF-2 рецепторът се активира и от своя страна активира фосфатидилинозитол-3 OH киназата AGE-1, която катализира превръщането на фосфатидилинозитол бисфосфат ( PIP2) във фосфатидилинозитол трисфосфат (PIP3). От една страна, PIP3 се свързва със сложния AKT-1/AKT-2 и води до излагане на две места за фосфорилиране. От друга страна, киназата PDK-1 чрез свързване с PiP3 се набира в мембраната, където може да фосфорилира и активира AKT-1. Киназата AKT от своя страна фосфорилира транскрипционния фактор DAF-16 и по този начин осигурява нейното задържане в цитоплазмата. (B) В присъствието на антагонистичен лиганд като INS-1, (или при загуба на функция мутант на daf-2) пътят не е активен, DAF-16 не е фосфорилиран и може да бъде преместен в ядрото, където регулира експресията на набор от реакция на стрес и антимикробни гени.

Не само daf-2 мутантите са дълголетни на диета от OP50, но те също така се противопоставят на инфекция от редица Грам-отрицателни и Грам-положителни бактериални патогени (Garsin et al., 2003). Известни цели на пътя DAF-2/DAF-16 включват слабо характеризираните членове на dod (d собствен поток от D AF-16) генна група, както и патентни антимикробни гени, като lys-7, тези, кодиращи сапозини (spp- 1 и spp-12, два от 20 spp гена на червея) и хомолозите на нематод тауматин (които в растенията са противогъбични протеини; Murphy et al., 2003). Предполага се, че пътят допринася за резистентност към инфекция чрез регулиране на производството на тези различни секретирани антимикробни протеини, както е описано за DBL-1 пътя по-горе. Всъщност отмяната на експресията на няколко от тези протеини (напр. SPP-1, SPP-12 и LYS-7) в daf-2 мутанти води до намаляване на продължителността на живота (Murphy et al., 2003). Забележително е, че експресията на LYS-1 и LYS-2, SPP-3 и SPP-18 също е силно регулирана при инфекция с P. aeruginosa (Kurz and Tan, 2004).

4. Пътят на MAP киназата

Доказано е, че резистентността към P. aeruginosa включва трети път, път на MAP киназа, включващ MAP3K NSY-1 и MAP2K SEK-1, които първоначално са били характеризирани като играещи роля при определяне на асиметричната съдба на невроналните клетки. Докато при червеите от див тип хеморецепторът STR-2 се експресира само в един от двата AWC неврона, в мутанти nsy-1 и sek-1, и двата сестри неврона експресират рецептора (Sagasti et al., 2001; Tanaka-Hino et ал., 2002). Алели на nsy-1 и sek-1 бяха открити в генетичен скрининг за червеи, свръхчувствителни към P. aeruginosa и беше показано, че двата гена действат заедно преди pmk-1. RNAi срещу този ген, който кодира една от трите MAP кинази от семейството на червея p38, също води до повишена чувствителност към инфекция (Kim et al., 2002). Докато в контекста на определянето на клетките nsy-1 и sek-1 действат надолу по веригата от unc-43, който кодира калциево-калмодулинозависима киназа, този последен ген не е играл роля в вродената имунна сигнализация (Kim et al., 2002). Освен това отмяната на функцията pmk-1 от RNAi не провокира фенотип за определяне на клетки, което предполага, че компонентите надолу по веригата на пътя също могат да се различават в двата контекста (Chuang и Bargmann, 2005). От друга страна, както беше обсъдено по-долу, бе показано, че адаптерният протеин TIR-1 участва както в невроналните, така и в защитните пътища (Фигура 3).

Фигура 3. Касетата TIR-1/NSY-1/SEK-1 функционира при вроден имунитет и определяне на съдбата на клетките. Вижте текста за подробности.

5. Роля на Toll-подобни рецептори

P. aeruginosa и S. marcescens са и двете извънклетъчни патогени с широк диапазон на гостоприемници. Salmonella typhimurium, от друга страна, причинява много специфични заболявания при бозайниците, свързани с навлизането му и последваща репликация в клетките гостоприемници. Много различни щамове Salmonella могат да заразят червеи, но те не се държат като вътреклетъчни патогени и вместо това установяват трайна и инвалидизираща колонизация на червата (Aballay et al., 2000; Labrousse et al., 2000). Инфекцията на C. elegans провокира апоптоза на зародишна линия по pmk 1-зависим начин (Aballay and Ausubel, 2001; Aballay et al., 2003). Мутантите на салмонела с променен липополизахарид (LPS; един от основните компоненти на грам-отрицателната бактериална външна мембрана) не предизвикват реакция. При гръбначните, Toll-подобният рецептор TLR4 функционира при разпознаване на LPS, но единственият червей TLR, кодиран от tol-1, не е необходим за индуцирана от салмонела апоптоза (Aballay et al., 2003).

Фигура 4. Контрол на експресията на антимикробен пептид чрез tir-1 . (А) Трансгенните червеи, носещи pnlp 29: gfp и pcol-12: dsRed репортерни конструкции, изглеждат предимно червени при липса на инфекция поради конститутивната активност на специфичния за хиподермата промотор на col-12. (Б) След заразяване с гъбата Drechmeria coniospora се предизвиква pnlp 29: gfp репортер и червеите изглеждат жълто-зелени. (C) Относителното ниво на индукция варира между червеите, количествено определено с биосорта на Union Biometrica COPAS. Червената и зелената флуоресценция се определя количествено в произволни, но постоянни единици. (D) Количествено определяне на индукцията на pnlp 29: gfp и pnlp 31: gfp експресия на репортерски ген след инфекция с D. coniospora и ефекта от контрола на RNAi (черни ленти) или RNAi срещу всички изоформи на tir-1 (бели ленти). Изображения в A и B, предоставени от Nathalie Pujol; данни в C, генерирани от Aurélie Blanc; D адаптиран от Couillault et al. (2004).