Разнонаправленные механизмы действия генов семейства TRIM в ответе врожденной иммунной системы на бактериальные инфекции (обзор)

Полный текст

Принятые сокращения: ISG – интерферон-стимулируемый ген; LPS – липополисахарид; MAPK – митоген-активируемые протеинкиназы; NLR – NOD-подобные рецепторы; NLRP3 – NOD-подобный рецепторный белок 3; PAMP – патоген-ассоциированные молекулярные паттерны; PRR – рецепторы распознавания паттерна; SUMO – малый убиквитин-подобный белок-модификатор; TLR – толл-подобные рецепторы; TRIM – трехчастный мотив.

ВВЕДЕНИЕ

Врожденная иммунная система млекопитающих защищает организм от заболеваний бактериальной, вирусной или грибковой природы путем узнавания и удаления патогенов при помощи множества различных молекулярных процессов. Первым этапом в активации этой системы является взаимодействие рецепторов распознавания паттерна (PRR) (толл-подобные рецепторы (TLR), лектины С-типа, NOD-подобные рецепторы (NLR), RIG-I-подобные рецепторы и AIM2-подобные рецепторы) с консервативными структурами патогенов – патоген-ассоциированными молекулярными паттернами (PAMP) (липиды, белки и нуклеиновые кислоты). PAMP обычно имеют уникальные молекулярные или субмолекулярные характеристики, отсутствующие в клетках хозяина, благодаря чему иммунные клетки распознают их при помощи PRR [1, 2]. Взаимодействие PRR с патогеном инициирует различные иммунные ответы, в том числе продукцию цитокинов и инициацию провоспалительной и адаптивной иммунных реакций, а также высвобождение интерферонов (IFN), которые индуцируют экспрессию сотен интерферон-стимулируемых генов (ISG) [3], необходимых для подавления инфекции.

Хотя на сегодняшний день основные компоненты врожденного иммунитета достаточно хорошо изучены, очевидно, что имеет место гораздо более сложная схема взаимодействия многочисленных факторов, регулирующих сигнальные пути врожденной иммунной системы и экспрессию генов при воздействии разных патогенов. В частности, многие ISG, к которым относятся и большинство генов семейства трехчастных мотивов (TRIM), играют важную роль в передаче сигнала от рецепторов врожденного иммунитета в клетке к транскрипционным факторам (в частности, NF-κB, AP-1, IRF3, IRF7 и др.), запускающим ответ врожденной иммунной системы на патогены [4].

Семейство генов TRIM кодирует свыше 80 различных белков, объединенных консервативной структурой, состоящей из трех доменов: RING, B-box и CC, которые вместе образуют мотив RBCC, находящийся на N-конце. Домен RING является цинк-связывающим и обеспечивает Е3-убиквитинлигазную активность, а также способен катализировать прямой перенос SUMO (малый убиквитин-подобный белок-модификатор) и ISG15 на специфические белковые субстраты. Домены типа B-box, как и RING, тоже являются цинк-связывающими и могут проявлять Е3-убиквитинлигазную активность [5]. Однако основная предполагаемая роль доменов B-box – участие в создании необходимой структуры белка при димеризации и олигомеризации мономеров белков TRIM совместно с доменом СС, а также при осуществлении TRIM Е3-убиквитинлигазной реакции [6]. С-Концевой регион белков TRIM может содержать один или несколько типичных мотивов, в зависимости от представленности которых семейство белков TRIM было разделено на 11 подгрупп (С1–С11) [7]. Различные С-концевые мотивы определяют вариабельность свойств, которые проявляют белки семейства TRIM [7–10]. В настоящее время установлено, что белки семейства TRIM принимают участие во множестве биологических процессов в клетках (рис. 1), и нарушения в их работе могут приводить к развитию различных патологий [7, 9, 11, 12].

 

 

Рис. 1. Основные функции генов семейства TRIM в клетке

 

Впервые белки TRIM привлекли к себе внимание исследователей в качестве важных участников антивирусной защиты организма [13–17]. Было показано, что некоторые из этих белков могут напрямую взаимодействовать с компонентами вирусов и подавлять их размножение. Кроме того, белки этого семейства способны опосредованно регулировать сигнальные пути врожденного иммунитета в ответ на вирусную инфекцию [18]. Однако роль белков TRIM в ответе иммунной системы на различные бактериальные инфекции долгое время оставалась малоизученной. Только недавно стали появляться данные об изменении экспрессии множества генов TRIM при различных бактериальных инфекциях [19, 20], что предполагает их вовлеченность в ответ иммунной системы на эти патогены. Так, Chen et al. [19] показали, что у пациентов с туберкулезом, инфицированных Mycobacterium tuberculosis, из 72 проанализированных генов семейства TRIM экспрессия 20 генов была подавлена по сравнению со здоровыми пациентами. Сходные результаты были получены и на макрофагах, инфицированных Mycobacterium smegmatis [19]. Stepanenko et al. [20] показали, что после инфекции такими бактериями, как Pseudomonas aeruginosa и Chlamydia spp., большинство из 75 проанализированных генов TRIM активировались в клетках A549 и в легких мышей и подавлялись в линиях U937 и PC3 человека и лимфатических узлах мышей. Это свидетельствует в пользу того, что множество генов семейства TRIM вовлечены в реакцию врожденного иммунитета на различные бактериальные инфекции. В данном обзоре мы анализируем разнообразные механизмы участия мультигенного семейства TRIM в регуляции сигнальных путей врожденного иммунитета при бактериальных инфекциях и проводим их сравнение с механизмами, работающими при антивирусном ответе. Особенности функционирования генов TRIM в ходе иммунного ответа на бактериальные инвазии обобщены в конце обзора.

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ БЕЛКОВ СЕМЕЙСТВА TRIM В ОТВЕТ НА БАКТЕРИАЛЬНЫЕ ИНФЕКЦИИ

В табл. 1 обобщены имеющиеся к началу 2024 года данные, указывающие на вовлеченность почти двух десятков членов семейства TRIM в иммунные ответы на различные типы бактериальных инфекций и на воздействие липополисахаридов (LPS), которые имитируют взаимодействие с грамотрицательными (G–) бактериями.

 

Таблица 1. Молекулярные механизмы действия белков семейства TRIM в ответ на бактериальные инфекции

TRIM	Бактерии/LPS	Механизм действия
TRIM7	LPS	повышает продукцию TNFα, IL-6 и IFN-β в макрофагах [37]
	Listeria monocytogenes	положительно регулирует накопление аутофагосом, способствуя K63-убиквитинированию ATG7 и подавлению инфекции [71]
TRIM8	LPS; Salmonella enterica serovar Typhimurium	подавляет TLR3/4-опосредованный врожденный иммунный ответ и воспалительный ответ (TNFα, IL-6, Rantes и IFN-β), осуществляя К6- и К33-убиквитинирование TRIF [30]
	Pseudomonas aeruginosa	способствует К63-убиквитинированию TAK1, что приводит к активации NF-κB, выработке провоспалительных цитокинов и усилению инфекции у мышей [32]
	LPS	усиливает LPS-индуцированное воспаление (TNFα, IL-6, IL-1β) посредством активации NF-κB в эпителиальных клетках легких [31]
	P. aeruginosa, Chlamydia trachomatis	экспрессия гена в легких инфицированных мышей и в человеческих промоноцитах U-937 повышается при инфекциях [20]
TRIM14	L. monocytogenes	ингибирует инфекцию при помощи нетранскрипционного механизма, вероятнее всего, прямым взаимодействием с патогеном [83]
	Mycobacterium tuberculosis	взаимодействует с cGAS и TBK1, способствуя активации STAT3, ограничению сигналинга IFNAR и подавлению интерферонового ответа [61]
TRIM16	M. tuberculosis	взаимодействует с Галектином 3 и ключевыми регуляторами аутофагии ULK1 и Beclin 1, что приводит к активации селективной аутофагии и защите клеток от инфекции [73]
TRIM20	Yersinia pseudotuberculosis	бактериальный фактор вирулентности YopЕ активирует инфламмасомы с TRIM20/пирин, что приводит к снижению титра бактерии [41]
	Yersinia pestis	бактериальный фактор вирулентности YopM взаимодействует с TRIM20, что приводит к ингибированию работы инфламмасом и усилению вирулентности бактерии [41]
	Clostridium difficile	при инфекции активируются инфламмасомы с TRIM20 и секреция макрофагами IL-1β и IL-18 [40]
	Francisella novicida	стимулирует AIM2-опосредованную передачу сигналов воспаления и гибель инфицированных клеток [81]
TRIM21	S. enterica serovar Typhimurium	способствует внутриклеточной нейтрализации бактерий, покрытых антителами (ADIN) [75]; накопление TRIM21 в лизосомах при инфекции приводит к усилению гибели инфицированных макрофагов [74]
TRIM22	M. tuberculosis	подавляет инфекцию, усиливая аутофагию через сигнальный путь NF-κB/Beclin 1 [76]
TRIM25	M. tuberculosis	способствует выживанию микобактерий в клетках, усиливая p38 и подавляя NF-κB сигнальные пути продукции воспалительных цитокинов [52]
TRIM27	M. tuberculosis Mycobacterium bovis Mycobacterium smegmatis	стимулирует апоптоз в макрофагах [49]; снижает выживаемость микобактерий за счет усиления воспалительного ответа, активируя сигнальный путь JNK/p38 и подавляя активацию NF-κB [49]
	LPS	снижает апоптоз и ингибирует активность сигнального пути TLR4/NF-κB в легочных фибробластах [36]
TRIM28	Helicobacter pylori	регулирует фосфорилирование TAK1, IκB-киназ, IKKα/IKKβ и MAP-киназ, активность NF-κB и экспрессию IL-8 в зараженных эпителиальных клетках [35]
	LPS	сумоилирует NLRP3, защищая его от протеасомной деградации, и активирует инфламмасомы [45]
TRIM29	LPS; Haemophilus influenzae	способствует разрушению NEMO через К48-убиквитинирование, что приводит к ингибированию экспрессии IFN-I и провоспалительных цитокинов [63]
TRIM31	LPS; Shigella flexneri	индуцирует ATG5/7-независимое образование аутолизосом в эпителиальных клетках; напрямую взаимодействует с фосфатидилэтаноламином с последующей стимуляцией образования аутолизосом и удаления патогена из клеток кишечника [72]
	H. pylori	негативно регулирует активацию инфламмасом NLRP3 и секрецию IL-1β, подавляя накопление поврежденных митохондрий и активных форм кислорода, а также ускоряя аутофагию и поддерживая лизосомальную функцию при инфекции [46]
TRIM32	LPS; S. enterica serovar Typhimurium	направляет TRIF для TAX1BP1-опосредованной селективной аутофагии, таким образом негативно регулируя иммунный ответ TLR3/4 и транскрипцию воспалительных генов, защищая от инфекции S. enterica и воздействия LPS [78]
	M. tuberculosis	способствует разрушению патогена посредством аутофагии [79]
	L. monocytogenes	снижает рекрутирование клеток врожденного иммунитета и их способность уничтожать бактерии за счет снижения продукции iNOS и секреции хемокинов [51]
	Streptococcus suis	способствует выживанию бактерий в крови, вызывая более высокий уровень бактериемии и чрезмерный провоспалительный иммунный ответ [50]
TRIM38	LPS; S. enterica serovar Typhimurium	негативно влияет на TLR3/4-опосредуемые интерфероновый (I типа) и воспалительный (TNFα и IL-1β) ответы; способствует К48-полиубиквитинированию TRIF с последующей протеасомной деградацией [33]
TRIM56	S. enterica serovar Typhimurium	бактериальный эффектор SopA усиливает убиквитинирование TRIM56, активируя способность этого белка стимулировать экспрессию IFN-β через RIG-I и MDA5 рецепторы [62]; бактериальный эффектор SopA при взаимодействии убиквитинирует TRIM56 и способствует его протеасомной деградации [85]
TRIM60	LPS; L. monocytogenes	способствует развитию инфекции, подавляя образование и активацию TAK1-сигналосом, вызываемую сумоилированием TAB2 и последующей активацией митоген-активируемых протеинкиназ (MAPK) и NF-κB [34]
TRIM65	S. enterica serovar Typhimurium	бактериальный эффектор SopA усиливает убиквитинирование TRIM65, активируя способность этого белка стимулировать экспрессию IFN-β через MDA5 [62]; бактериальный эффектор SopA убиквитинирует TRIM65 и способствует его протеасомной деградации [85]
	LPS	с помощью K48-убиквитинирования и деградации VCAM-1 подавляет воспаление в легких [47]; экспрессия гена подавляется путем активации сигнального пути MAPK [48]
TRIM72	P. aeruginosa	в мышиных альвеолярных макрофагах ингибирует фагоцитоз, управляемый рецептором комплемента CRIg; гиперэкспрессия гена способствует развитию инфекции, усиливая активацию NF-κB [53]

 

В процессе эволюции иммунной системы млекопитающих были выработаны различные механизмы, призванные препятствовать развитию микробной инфекции и регулировать воспалительные ответы. Бактерии, со своей стороны, также используют множество различных механизмов, чтобы обеспечить свое выживание, модулируя ключевые сигнальные пути хозяина и влияя на посттрансляционные модификации ключевых белков, чтобы ослабить врожденный иммунный ответ хозяина [21]. Такое «перетягивание каната» [22] проявляется в том, что в процессе эволюции у бактерий появилось различное эффективное молекулярное «оружие» для борьбы с врожденным иммунитетом, в частности, обширный набор эффекторов вирулентности, используемых для подавления иммунитета хозяина путем захвата процесса убиквитинирования хозяина, в котором участвуют белки TRIM [23].

Подавляющее большинство белков TRIM действуют как E3-убиквитинлигазы и катализируют прямой перенос убиквитина, а также SUMO и ISG15 на специфические белковые субстраты [24]. Убиквитинирование представляет собой посттрансляционный процесс ковалентного присоединения молекулы убиквитина, состоящей из 76 аминокислот, к белкам-субстратам [25, 26]. Процесс сумоилирования заключается в присоединении небольшого белка убиквитин-подобного модификатора SUMO [27]. Наконец, ISGилирование представляет собой конъюгацию белка ISG15 с белком-мишенью [28].

Некоторые белки TRIM (7, 8, 29, 38, 56, 65) применяют убиквитинирование и сумоилирование белков-мишеней при ответе на различные бактериальные инфекции (см. табл. 1). Использование ISGилирования белками TRIM в ответе на бактериальную инфекцию к настоящему моменту не было обнаружено.

Однако механизмы работы TRIM при бактериальных инфекциях не исчерпываются их Е3-убиквитинлигазой активностью. Далее мы остановимся на основных процессах, в которых принимают участие TRIM в ответ на бактериальные патогены, и сравним их с ответом на вирусные инфекции.

Воспалительный ответ. Воспаление в ответ на инфекцию патогенами является важным механизмом врожденного иммунного ответа. При этом в функции врожденного иммунитета входит как активация, так и подавление чрезмерного воспаления, которое приводит к повреждению клеток и тканей. В последнее время установлено, что многие гены TRIM играют важную роль в регуляции воспаления при бактериальной инфекции.

После запуска иммунного ответа на бактериальную инфекцию, осуществляемого TLR, включается сигнальный путь транскрипционного фактора NF-κB. NF-κB активирует транскрипцию генов, кодирующих многие провоспалительные цитокины и хемокины (в первую очередь TNFα и IL-1β) [29]. При бактериальных инфекциях в этом процессе активно и, что удивительно, разнонаправленно участвуют отдельные белки TRIM (рис. 2).

 

Рис. 2. Регуляция воспалительного ответа врожденного иммунитета белками TRIM при бактериальных инфекциях. Белки TRIM в красных кружках подавляют иммунный ответ, в темно-синих – усиливают иммунный ответ

 

Так, например, в ответ на воздействие LPS и инфекцию Salmonella enterica serovar Typhimurium у мышей TRIM8 осуществляет К6- и К33-полиубиквитинирование TRIF, что нарушает его взаимодействие с TBK1 и подавляет TLR3/4-опосредованный врожденный иммунный ответ (индукцию TNFα, IL-6, Rantes и IFN-β) [30]. Подавление экспрессии гена TRIM8 приводило к повышенной восприимчивости мышей к сальмонеллезной инфекции и потере веса. Также TRIM8 усиливает LPS-индуцированное воспаление (TNFα, IL-6, IL-1β) посредством активации NF-κB в эпителиальных клетках легких [31].

В то же время при инфекции P. aeruginosa подавление экспрессии гена TRIM8 снижало К63-полиубиквитинирование TAK1, что приводило к подавлению сигнального пути NF-κB выработки провоспалительных цитокинов и уменьшению количества бактерий на роговице мышей [32]. Таким образом, в зависимости от типа заражающих бактерий TRIM8 по-разному убиквитинирует разные целевые белки, что приводит к противоположному действию этого белка на бактериальную инфекцию у мышей.

Нокаут гена TRIM38 при инфекции S. enterica или при обработке мышей LPS приводил к повышенной смертности у животных [33]. Было установлено, что TRIM38 отрицательно регулирует передачу сигналов TLR3/4, катализируя K48-полиубиквитинирование и протеасомную деградацию адаптерного белка TRIF. Во время поздней фазы инфекции IFN-I индуцирует накопление TRIM38, который способствует лизосомально-зависимой деградации TAB2 (уже независимо от Е3-убиквитинлигазной активности) и отрицательно регулирует передачу сигналов TNFα и IL-1β. Таким образом, накопление TRIM38 под действием IFN-I, который вырабатывается для защиты от микробной инфекции, способствует прекращению ответа врожденного иммунитета на поздней фазе, чтобы предотвратить вредные эффекты повышенной воспалительной реакции.

Под действием LPS на мышей TRIM60 сумоилирует TAB2, в результате чего нарушается образование комплекса TRAF6/TAB2/TAK1 и подавляется активация нижестоящих сигнальных путей митоген-активируемых протеинкиназ (MAPK) и NF-κB [34]. В эпителиальных клетках, зараженных Helicobacter pylori, TRIM28 участвует в активации NF-κB, регулируя фосфорилирование TAK1, IκB-киназ IKKα/IKKβ и MAPК [34] (рис. 2). Кроме того, TRIM28 способствует усилению экспрессии IL-8 [35]. TRIM27 способен защищать клетки от действия LPS, ингибируя TLR4/NF-κB и воспалительный ответ [36]. TRIM7, напротив, способствует накоплению воспалительных цитокинов TNFα, IL-6 и IFN-β, индуцируемому LPS в макрофагах, через TLR4-опосредованные сигнальные пути, в том числе с участием MAPK, NF-κB и IRF3 [37] (рис. 2).

Важнейшими компонентами врожденного иммунного ответа являются инфламмасомы, которые распознают сигналы опасности в цитоплазме клеток и запускают воспалительный сигнальный каскад, приводящий к пироптозу – одному из видов программируемой клеточной гибели [38]. В результате воздействия PAMP сенсоры воспаления образуют мультибелковый комплекс, который активирует каспазу-1. Это приводит к расщеплению субстратов, передаче воспалительных сигналов и гибели воспалительных клеток. TRIM20/пирин представляет собой уникальный сенсор, запускающий сборку инфламмасомы в ответ на бактериальные токсины или эффекторы [39]. У TRIM20 домен RING заменен на домен пирин с сохранением остальных доменов семейства TRIM. Было установлено, что энтеротоксин Clostridium difficile активирует образование инфламмасом с участием TRIM20 и секрецию воспалительных цитокинов IL-1β и IL-18, что приводит к подавлению инфекции [40]. При инфицировании макрофагов бактерией Yersinia pseudotuberculosis наблюдали как активацию TRIM20-инфламмасомы белком бактерии YopЕ, так и ингибирование работы инфламмасомы и усиление вирулентности бактерии, которое осуществлялось в результате прямого взаимодействия бактериального эффектора YopM с TRIM20 [41, 42].

Инфламмасома NLRP3 участвует в защите организма при многих инфекционных заболеваниях посредством модулирования секреции воспалительных цитокинов. Это олигомерный комплекс, который состоит из адаптера ASC, NOD-подобного рецепторного сенсора NLRP3 и каспазы-1 [43]. Активация инфламмасомы NLRP3 приводит к секреции воспалительных медиаторов IL-1β и IL-18 [44] и подавлению инфекции. В этом процессе участвует белок TRIM28, который под действием LPS на макрофаги мыши сумоилирует и таким образом сохраняет NLRP3, противодействуя подавлению воспалительного ответа [45] (рис. 2). Повышенный клеточный уровень NLRP3 облегчает сборку инфламмасом и усиливает их активацию. Также при инфекции H. pylori TRIM31 уменьшает активацию инфламмасом NLRP3 и секрецию IL-1β, подавляя накопление поврежденных митохондрий и активные формы кислорода, ускоряя аутофагию и поддерживая лизосомальную функцию [46] (рис. 2).

Существуют и другие механизмы участия белков TRIM в индукции воспалительных процессов. Так, при обработке мышей LPS TRIM65 селективно убиквитинирует белок VCAM-1 с его последующей деградацией, а нокаут TRIM65 у мышей приводит к усилению их гибели из-за повышенной воспалительной реакции [47, 48]. При инфицировании макрофагов M. tuberculosis или Mycobacterium bovis TRIM27 способствует активации сигнального пути JNK/p38, что усиливает экспрессию воспалительных генов, снижая выживаемость бактерий [49].

Нокаут гена TRIM32 у мышей снижал уровень бактериемии Streptococcus suis [50] и L. monocytogenes [51] и продукцию воспалительных цитокинов у инфицированных животных [50, 51], способствуя повышению их выживаемости. При инфицировании Trim32−/−-мышей L. monocytogenes усиливались синтез индуцируемой NO-синтазы и секреция хемокинов, что приводило к повышенному привлечению нейтрофилов и макрофагов для элиминации бактерий [51]. Было обнаружено, что TRIM25 может способствовать инфекции M. tuberculosis, усиливая сигнальный путь р38 и подавляя сигнальные пути NF-κB и продукцию провоспалительных цитокинов [52]. TRIM72 активировал NF-κB и воспалительный ответ и подавлял фагоцитоз бактерий в макрофагах посредством связывания с рецептором комплемента CRIg, что способствовало развитию инфекции P. aeruginosa [53]. Интересно, что при вирусной инфекции TRIM72, напротив, способен снижать уровни воспалительных цитокинов и NLRP3-инфламмосом [54].

Таким образом, у животных и человека белки TRIM обладают способностью регулировать воспалительные пути врожденного иммунитета в ответ на бактериальное заражение, однако часто их действие может иметь пробактериальный эффект, возможно, возникший в процессе эволюции в ходе выработки бактериями способов противодействия иммунной системе.

Интерфероновый ответ. IFN представляют собой цитокины, которые индуцируются в ответ на распознавание чужеродного материала рецепторами врожденного иммунитета. Белки IFN обладают мощной противовирусной и противомикробной активностью и являются мишенями для различных патогенов. Факторы IRF3 и IRF7 активируют экспрессию генов IFN вследствие запуска сигнальных путей врожденного иммунитета. В этом процессе активно участвует киназа TBK1, которая через IRF3 запускает IFN I типа и вместе с IKKε активирует NF-κB [55, 56]. IFN передают сигналы аутокринным и паракринным образом через соответствующие рецепторы, активируя сигнальные каскады JAK/STAT, что приводит к экспрессии сотен ISG.

Хотя роль IFN и ISG широко изучалась в контексте вирусной инфекции, данные об их роли при бактериальных инфекциях достаточно противоречивы [22]. Показано, что IFN-I может индуцироваться многими бактериальными патогенами, такими как H. pylori, Francisella tularensis, Legionella pneumophila, Y. pseudotuberculosis, M. tuberculosis и L. monocytogenes [57], но при этом действие IFN, кроме положительных эффектов, может приводить к негативным последствиям для хозяина в зависимости от типа и штамма бактерий [22, 58]. Накопление IFN и усиление воспаления, индуцируемые некоторыми бактериями, по-видимому, необходимы для их развития и выживания.

Многие гены TRIM относятся к ISG и одновременно к генам, индуцирующим интерфероновый ответ [4, 10, 59]. Одним из них является TRIM14, который играет множественную роль в регуляции IFN I типа. Белок TRIM14 взаимодействует или с белком MAVS [60], что приводит к стимуляции экспрессии IFN I типа при вирусной инфекции, или с cGAS и/или с TBK1/STAT3, что способствует блокировке интерферонового рецептора IFNAR и подавлению интерферонового ответа [61]. В макрофагах с нокаутом гена TRIM14 наблюдалась гипериндукция IFN-β и ряда ISG, в частности iNOS, что приводило к подавлению репликации M. tuberculosis [61].

При инфекции L. monocytogenes TRIM32 увеличивает секрецию хемокинов, включая IFN-β и IFN-γ, что снижает рекрутирование клеток врожденного иммунитета к очагам инфекции и способствует выживанию L. monocytogenes [51]. В ответ на инфекцию Str. suis TRIM32 также способствует увеличению выработки IFN-γ [50]. При этом у инфицированных Trim32^–/–-мышей снижался уровень бактериальной нагрузки по сравнению с мышами дикого типа. Дефицит TRIM32 повышал проницаемость гематоэнцефалического барьера и рекрутирование воспалительных моноцитов на ранних стадиях инфекции Str. suis, ограничивая развитие септического шока [50].

У мышей с делецией TRIM38 после воздействия LPS и при инфекции S. enterica усиливалась TLR3- и TLR4-опосредованная индукция IFN-I и продукция провоспалительных цитокинов TNFα и IL-6 [33]. При этом мыши Trim38^–/– были более восприимчивы к S. enterica-индуцированной смерти.

S. enterica выработала специфическую адаптацию для запуска воспалительных реакций в кишечном тракте, которая не зависит от стимуляции PRR консервативными бактериальными продуктами. Эффекторный бактериальный белок SopA использует свою E3-убиквитинлигазную активность для усиления выработки IFN-β путем прямого воздействия на белки TRIM56 и TRIM65 [62].

При инфекции Haemophilus influenzae в макрофагах TRIM29 К48-убиквитинирует белок NEMO, что способствует его деградации и последующему подавлению экспрессии IFN-I, воспалительных цитокинов и сигнального пути NF-κB [63] (рис. 2). Следует отметить, что при вирусных инфекциях TRIM29 также снижает продукцию интерферонов и воспалительных цитокинов, хотя и с помощью других механизмов: в ответ на ДНК вирусов (TRIM29 К48-убиквитинирует белок STING [64]) и на вирусную двухцепочечную РНК (TRIM29 К11-убиквитинирует белок MAVS) [65]. При этом нокаут гена TRIM29 у мышей при вирусной инфекции способствовал выживанию животных [64, 65], в отличие от инфекции бактерией Hae. influenzae [63].

Таким образом, известные на сегодняшний день данные свидетельствуют в пользу того, что регуляция генами семейства TRIM интерферонового ответа, которая в целом носит противовирусный характер, в условиях бактериальной инфекции часто ведет к снижению выживаемости организма.

Аутофагия и апоптоз. В ответ на бактериальные инфекции многие гены TRIM оказывают воздействие на процесс аутофагии, который контролирует приспособленность клеток к условиям среды как в нормальных, так и в стрессовых условиях и играет важную роль во врожденной системе защиты от вирусных и бактериальных инфекций [66–68]. В результате аутофагии происходит эндоцитарная деградация внутриклеточных белков, а также разрушение внутриклеточных патогенов с помощью аутофагосом, слитых с лизосомами [66]. Активация аутофагии во время инфекции не только обеспечивает защиту от вторгшихся патогенов с помощью лизосомальной деградации, но также регулирует передачу сигналов для других путей врожденного иммунитета [69]. Бактерии, в свою очередь, научились манипулировать аутофагией, чтобы избежать иммунных атак и использовать аутофагию для своих целей [70].

Ранее было установлено, что многие белки TRIM являются важнейшими компонентами механизма аутофагии у млекопитающих, в том числе в ходе антивирусной защиты [7, 8]. В последние годы появилось множество сообщений о том, что белки TRIM также принимают участие в этом процессе при бактериальных инфекциях. При этом они как рецепторы могут напрямую узнавать свои мишени (селективная аутофагия или ксенофагия) [68].

Так, установлено, что белки TRIM способны регулировать функции аутофагических белков ATG при бактериальной инфекции (рис. 3). Например, TRIM7 в ответ на инфекцию L. monocytogenes осуществляет K63-убиквитинирование ATG7, что способствует накоплению аутофагосом и подавлению бактериальной инфекции [71].

 

Рис. 3. Участие белков семейства TRIM в регуляции аутофагии при бактериальных инфекциях

 

В ответ на инфекцию Shigella flexneri или воздействие LPS TRIM31 активирует ATG5/7-независимое образование аутолизосом в эпителиальных клетках, что происходит благодаря прямому взаимодействию этого белка с фосфатидилэтаноламином (PE), который положительно регулирует аутофагию [72].

TRIM16 участвует в защите клеток от M. tuberculosis в результате взаимодействия с Галектином 3 и ключевыми регуляторами аутофагии ULK1 и Beclin 1, что приводит к активации селективной аутофагии [73].

Накопление TRIM21 в лизосомах при инфекции S. enterica способствует гибели инфицированных макрофагов [74]. Этот белок опосредует внутриклеточную нейтрализацию бактерий S. enterica, покрытых антителами, в результате процесса, называемого антитело-зависимая внутриклеточная нейтрализация (ADIN) [75]. Колокализация в клетках TRIM21 и S. enterica вместе с аутофагосомальным маркером LC3 указывает на их участие в аутофагоцитозе. Следует отметить, что подобный механизм используется TRIM21 и по отношению к некоторым вирусам [75], что говорит об общем механизме работы TRIM21 при защите как от вирусной, так и от бактериальной инфекции, который приводит во всех случаях к подавлению инфекций.

TRIM22 подавляет инфекцию M. tuberculosis, усиливая аутофагию через сигнальный путь NF-κB/Beclin 1 [76]. Следует отметить, что, в отличие от этого, при вирусной инфекции Денге типа 2 активация пути NF-κB/Beclin 1 посредством TRIM22 приводила к усилению размножения вируса [77].

При инфекции S. enterica в процессе аутофагии активно участвует также белок TRIM32 [78]. Белок TRIF привлекается TRIM32 к TAX1BP1-содержащим и LC3-связанным аутофагосомам для деградации, что приводит к прерыванию TLR3/4-опосредованного иммунного и воспалительного ответа на эту инфекцию [78] (рис. 3). При инфицировании первичных макрофагов M. tuberculosis TRIM32 также способен индуцировать направленную деградацию бактерий в аутофагосомах [79]. В связи с этим предполагается, что ген TRIM32 представляет собой многообещающую мишень для лечения туберкулеза.

Таким образом, участие ряда белков TRIM в процессах аутофагии при взаимодействии с бактериями во всех известных случаях приводит к подавлению инфекции.

Следует отметить, что при бактериальной инфекции гены TRIM редко принимают участие в процессе апоптоза – еще одной из форм запрограммированной клеточной гибели, которая часто включается иммунитетом при необходимости уничтожить зараженную клетку. Одним из немногих примеров может служить усиление апоптоза под действием TRIM27 в ответе на инфекцию M. tuberculosis [49]. Однако гиперэкспрессия гена TRIM27 в легочных фибробластах линии WI-38, напротив, снижала апоптоз под действием LPS, при этом ингибировалась активность сигнального пути TLR4/NF-κB, что приводило к уменьшению воспалительного ответа и выживанию клеток [36]. Таким образом, возможное участие белков TRIM в апоптозе при бактериальных инфекциях требует дополнительных исследований.

При бактериальной инфекции TRIM20 может участвовать еще в одном виде запрограммированной клеточной гибели, называемом ПАНоптозом, который контролируется цитоплазматическим мультимерным белковым комплексом – ПАНоптосомой. ПАНоптосома может параллельно запускать три разных вида клеточной гибели – пироптоз, апоптоз и некроптоз [80]. Было установлено, что при инфекции Francisella novicida происходит активация ПАНоптосом с участием TRIM20, что приводит к усилению воспалительного ответа и гибели зараженных клеток [81]. Следует отметить, что этот же механизм используется TRIM20 также при инфекции клеток вирусом простого герпеса 1, что вызывает элиминацию зараженных клеток [81].

Белок-белковое взаимодействие. Одним из важных механизмов подавления репликации вирусов является прямое взаимодействие некоторых белков TRIM с белками вирусов [82]. Наряду с этим постепенно появляются данные и о взаимодействии между отдельными белками TRIM и белками бактерий. Примером такого рода взаимодействий может служить TRIM20/пирин, который, как уже упоминалось выше, обычно запускает сборку инфламмасом в ответ на бактериальные токсины или эффекторы [39]. В результате прямого взаимодействия бактериального эффектора Y. pestis YopM с TRIM20 происходило ингибирование работы инфламмасомы и усиление выживаемости бактерии [41, 42]. Интересно отметить, что мутантный TRIM20 менее активно взаимодействует с эффектором Y. pestis YopM и тем самым ослабляет YopM-индуцированное подавление IL-1β. Эти данные позволили выдвинуть предположение, что устойчивость к эпидемиям чумы была селективной силой для определенных мутаций гена TRIM20 у лиц средиземноморского происхождения [42].

Показано также, что TRIM27 ограничивает выживаемость M. tuberculosis в макрофагах, стимулируя врожденные иммунные реакции и апоптоз клеток. Этот эффект обусловлен тем, что секретируемый эффекторный белок тирозинфосфатаза PtpA M. tuberculosis может противодействовать активации сигнального пути JNK/p38 MAPK и апоптозу, стимулируемым TRIM27, посредством конкурентного связывания с доменом RING TRIM27 [49].

Perelman et al. [83] показали, что ген TRIM14 ингибирует инфекцию L. monocytogenes, действуя на бактерии через нетранскрипционные механизмы. Авторы предполагают, что это происходит в результате прямого взаимодействия белка TRIM14 с бактериальными белками. При этом было установлено, что экспрессия других ISG TRIM (TRIM5, TRIM21, TRIM25, TRIM34 и TRIM38) не оказывала эффекта на инфекцию L. monocytogenes [83]. Следует отметить, что подобный механизм используется TRIM14 при инфицировании клеток вирусом гриппа. Этот белок избирательно взаимодействует с вирусным нуклеопротеином, что приводит к подавлению репликации вируса [84].

Широкий спектр бактерий приобрел стратегии, направленные на подрыв воспалительных сигнальных и микробицидных программ хозяина. Например, у прокариотических патогенов отсутствует классическая протеасомная система, но конвергентная эволюция смогла сформировать бактериальные белки для приобретения функций убиквитинирования. Такую стратегию использует бактерия S. enterica, являющаяся основной причиной пищевых заболеваний во всем мире и вызывающая воспаление в кишечном тракте. У этой бактерии есть убиквитинлигаза SopA HECT-типа [62, 85]. По данным Kamanova et al. [62], убиквитинирование TRIM56 и TRIM65 с помощью SopA усиливает способность этих белков стимулировать экспрессию IFN-β. Однако, по данным Fiskin et al. [85], такое убиквитинирование приводит к протеасомной деградации TRIM56 и TRIM65 во время инфекции. Авторы последней работы полагают, что это может служить примером того, как бактериальная лигаза HECT блокирует RING-лигазы хозяина. Дальнейшие исследования помогут разрешить эти противоречия.

СРАВНЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНЫХ МЕХАНИЗМОВ ДЕЙСТВИЯ БЕЛКОВ СЕМЕЙСТВА TRIM В ОТВЕТ НА БАКТЕРИАЛЬНЫЕ И ВИРУСНЫЕ ИНФЕКЦИИ

В табл. 2 приводится сопоставление функционирования белков TRIM при бактериальных и вирусных инфекциях. Как парадокс эволюции можно рассматривать тот факт, что ряд TRIM-белков, обладающих антивирусным действием, способны содействовать развитию бактерий и наоборот. Вероятно, некоторые бактерии используют существующие антивирусные механизмы для своего выживания. Часто встречающиеся осложнения в виде бактериальных инфекций, сопровождающие вирусные инфекции, возможно, связаны с противоречивым действием ряда белков TRIM. Поэтому разработка новых антивирусных и антибактериальных препаратов должна учитывать существующие разнонаправленные эффекты белков TRIM.

 

Таблица 2. Сравнение функций белков TRIM при бактериальных и вирусных инфекциях

TRIM	Бактерии	Вирусы
TRIM7	Listeria monocytogenes [71]	вирус энцефаломиокардита [86]
TRIM8	Salmonella enterica serovar Typhimurium [29]	вирус гриппа А [87]
	Pseudomonas aeruginosa [32]
TRIM14	L. monocytogenes [83]	вирус Эбола [88] вирус гриппа A [84, 89] вирус гепатита B [90]
	Mycobacterium tuberculosis [61]
TRIM16	M. tuberculosis [73]	вирус гриппа H5N1 [91]
TRIM20	Yersinia pseudotuberculosis [41] Francisella novicida [81]	вирус простого герпеса 1 [81]
	Yersinia pestis [41]
TRIM21	S. enterica serovar Typhimurium [75]	ДНК- и РНК-содержащие вирусы [92]
TRIM22	M. tuberculosis [76]	вирус Денге серотипа 2 [77]
		SARS-CoV-2 [93] вирус Зика [94] вирус гриппа A [95]
TRIM25	M. tuberculosis [52]	вирус бешенства [96] вирус гепатита B [97] вирус гриппа A [98] вирус Эбола [99]
TRIM27	M. tuberculosis Mycobacterium bovis [49]	вирус гепатита С [100] Сендай-вирус [101]
TRIM28	Helicobacter pylori [35]	SARS-CoV-2 [102] вирус свиной диареи [103] вирус репродуктивно-респираторного синдрома свиней [104]
TRIM29	Haemophilus influenzae [63]	вирус простого герпеса 1 [64] вирус гриппа, реовирус [65]
TRIM31	Shigella flexneri [72] H. pylori [46]	вирус гепатита B [105] Сендай-вирус, вирус простого герпеса 1 [106]
TRIM32	S. enterica serovar Typhimurium [78] M. tuberculosis [79]	вирус гриппа A [107] вирус простого герпеса 1 [108] Сендай-вирус, вирус простого герпеса 1 [109]
	L. monocytogenes [51] Streptococcus suis [50]
TRIM38	S. enterica serovar Typhimurium [33]	Сендай-вирус, вирус энцефаломиокардита, вирус болезни Ньюкасла, вирус везикулярного стоматита в клетках НЕК293 [110]
		вирус везикулярного стоматита в первичных макрофагах [111]
TRIM56	S. enterica serovar Typhimurium [62]	вирус гепатита B [112] вирус Зика [113] вирус простого герпеса 1 [114] вирус гриппа A, B [115]
TRIM60	L. monocytogenes [34]
TRIM65	S. enterica serovar Typhimurium [62]	вирус энцефаломиокардита [116]
TRIM72	P. aeruginosa [53]	вирус гриппа A H1N1 [54]

Примечание. Серый цвет – белок TRIM способствует развитию инфекции, белый цвет – TRIM подавляет инфекцию.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе длительной эволюции у млекопитающих сложилась высокоорганизованная врожденная иммунная система, многие аспекты которой уже хорошо изучены. Эта система состоит из множества «игроков», которые координированно регулируют различные процессы, обеспечивающие защиту организма от патогенов. В то же время бактерии также эволюционировали совместно с млекопитающими и выработали множество различных механизмов, обеспечивающих свое выживание, которые модулируют ключевые сигнальные пути хозяина, чтобы ослабить врожденный иммунный ответ хозяина [21].

Исследование роли генов семейства TRIM в антибактериальном ответе врожденного иммунитета – это одно из новых перспективных направлений в дальнейшем изучении механизмов функционирования врожденного иммунитета, которое позволяет сделать важный шаг в комплексном понимании молекулярных механизмов передачи внутриклеточных сигнальных каскадов и последующего формирования защитного иммунитета. Несмотря на общее происхождение и сходство доменной организации, разные члены семейства TRIM существенно отличаются по механизмам действия в ответ на бактериальные инфекции. Можно предположить, что наблюдаемые различия в свойствах многочисленных паралогов семейства TRIM обусловлены эволюционной пластичностью иммунной системы млекопитающих, которые приспособились использовать различные стратегии борьбы с бактериальными инфекциями, и демонстрируют один из примеров адаптивной эволюции.

Как видно из рис. 4, в ответ на разнообразные бактериальные инфекции разные гены семейства TRIM действуют разнонаправлено, подавляя или, наоборот, стимулируя размножение бактерий.

 

Рис. 4. Разнонаправленные действия белков семейства TRIM, участвующих во врожденном иммунном ответе, на различные виды бактериальных инфекций. В оранжевом треугольнике – белки TRIM, способствующие инфекции, в голубом треугольнике – белки TRIM, подавляющие инфекцию

 

Например, в ответе на инфекцию M. tuberculosis участвуют, по известным на сегодняшний день данным, несколько генов TRIM (14, 16, 22, 25, 27 и 32). При этом механизмы действия этих генов на бактерию существенно отличаются. Важно отметить, что при инфицировании клеток конкретным видом бактерий в процессы врожденной иммунной системы могут включаться один или несколько генов многочисленного семейства TRIM, увеличение или уменьшение экспрессии каждого из которых приводит в конечном итоге к определенной иммунной реакции на бактериальную инфекцию. При этом каждый ген TRIM является в этом процессе ключевым и незаменимым. Эксперименты по нокауту единичных генов TRIM ясно демонстрируют отсутствие какой-либо компенсации выключения одного гена за счет присутствия других генов TRIM при иммунном ответе. Это свидетельствует о важности в работе врожденного иммунитета каждого гена TRIM, вовлеченного в ответ на определенный вид бактерий.

На основании существующих на сегодняшний день данных о роли генов TRIM в ответе иммунной системы на бактериальные инфекции можно сделать следующие основные выводы.

1. Экспрессия множества генов семейства TRIM изменяется в ответ на инфекции разных видов бактерий, что говорит об их вовлеченности в ответ врожденной иммунной системы на эти патогены. Как и в случае с иммунным ответом на вирусные инфекции, различные гены TRIM запускают механизмы врожденного иммунитета, направленные на элиминацию патогена или усиление инфекции. При этом изменения в экспрессии единичного гена TRIM, приводящие к реакции врожденной иммунной системы на определенную бактериальную инфекцию, не компенсируются другими многочисленными генами семейства TRIM.
2. Спектр молекулярных механизмов иммунного ответа на бактериальные инфекции, используемый различными членами семейства TRIM, включает в себя посттранскрипционные модификации, осуществляемые путем убиквитинирования и сумоилирования, прямые белок-белковые взаимодействия, приводящие к активации или подавлению воспалительных и интерфероновых сигнальных путей, а также к запуску процессов аутофагии и апоптоза.
3. В иммунном ответе на одну и ту же бактериальную инфекцию могут участвовать несколько генов TRIM, используя разные механизмы. Наряду с этим один и тот же ген TRIM может использовать разные механизмы при ответе на разные виды бактерий.
4. Отдельные белки TRIM оказывают как сходные (TRIM7, 8, 14, 16, 20, 21, 22, 28, 31, 32, 38), так и противоположные (TRIM8, 14, 20, 22, 25, 27, 29, 32, 38, 56, 65, 72) эффекты на бактериальные и вирусные инфекции.

Следует иметь в виду, что приведенные выше заключения по мере появления новых данных могут быть подвергнуты корректировке. Однако, в целом, это едва ли принципиально изменит наше сегодняшнее представление о роли генов семейства TRIM в работе врожденной иммунной системы при взаимодействии с бактериями. Имеющиеся на сегодня данные позволяют сделать вывод о важности генов этого семейства в работе врожденной иммунной системы не только в антивирусном ответе, но и в ответе на бактериальные инфекции различной природы. С большой вероятностью можно предположить, что в дальнейшем и для ряда других членов мультигенного семейства TRIM будет показана их вовлеченность в реакции организмов на бактериальные инфекции. Новые данные о воздействии белков TRIM на бактериальные инфекции могут способствовать обнаружению новых молекулярных мишеней для профилактики и лечения бактериальных инфекционных заболеваний у человека.

Вклад авторов. В.В. Ненашева – исходная концепция; В.З. Тарантул, Е.А. Степаненко – сбор и обсуждение литературных данных; В.З. Тарантул, Е.А. Степаненко, В.В. Ненашева – написание текста; В.З. Тарантул – редактирование текста.

Финансирование. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 23-25-00157).

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм. Настоящая статья не содержит описания каких-либо исследований с участием людей или животных в качестве объектов.

Об авторах

В. В. Ненашева

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Email: katishsha@mail.ru
Россия, Москва

Е. А. Степаненко

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Автор, ответственный за переписку.
Email: katishsha@mail.ru
Россия, Москва

В. З. Тарантул

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Email: katishsha@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

Дополнительные файлы