Роль протеасомы в представлении антигенов комплекса МНС

Синтезирующиеся в клетке аномальные и чужеродные белки подвергаются деградации 26S протеасомой по АТР- и убиквитин-зависимому пути. В результате гидролиза образуется набор полипептидов длиной от 5 до 24 аминокислот, часть из которых может являться антигенными эпитолами. Полипептиды длиной от 8 до 11 аминокислот соединяются в цитозоле с ТАР (Transporter associated with antigen presentation) и переносятся в эндоплазматический ретикулум, где они связываются в комплекс с молекулами класса I МНС и выносятся на поверхность клетки. Представление этих антигенов дает возможность иммунной системе при помощи цитотоксических Т-лимфоцитов обнаруживать и разрушать клетки, экспрессирующие вирусные или другие необычные полипептиды. В опытах с использованием ингибиторов была доказана центральная роль протеасомы в презентации антигенов молекулами класса 1 МНС.

Несомненная связь протеасомы с иммунным ответом следует также из того факта, что две γ-интерферон-индуцибельные β-субъединицы протеасомы - LMP 2 и 7 (Low molecular mass polypeptides) кодируются в локусе МНС. В присутствии γ-интерферона три конституционные β-субъедини-цы, X, У и Z замещаются на свои иммунные изо-формы LMP2, LMP7 и MECL-1 (Multicatalytic endopeptidase complex-like-1) соответственно с образованием так называемой иммунопротеасомы (рис. 1). Хотя скорость протеолиза белков и не возрастает при подобной замене, но существенно изменяется спектр образуемых полипептидов, например, возрастает в несколько раз количество потенциальных антигенных полипептидов с правильным С-концом. В лимфоидных органах (селезенка, тимус и лимфатические узлы) эти субъединицы экспрессируются постоянно. Сравнение содержания конституционно-экспрессируемой субъединицы X и замещающей ее индуцибельной субъединицы LPM7 выявило различное их содержание в таких органах, как печень, селезенка, язык и гипофиз. Специфичность разрезания модельных пептидных субстратов сильно различается у протеасом, выделенных из мозга и гипофиза, где обнаруживается только конституционная протеасома, и из селезенки, где присутствует преимущественно иммунопротеасома.

В эукариотических клетках обнаружен еще один активатор 20S протеасомы - РА28 (REG, или 11S регулятор) (рис. 1в), который может ассоциировать in vitro с 20S протеасомой в отсутствие АТР, образуя комплекс РА28-20S-РА28 (рис, 1 с). Важная роль этого активатора следует из его несомненной связи с иммунным ответом, так как две субъединицы этого комплекса - РА28α и РА28β - индуцируются в ответ на действие основного иммуномодуляторного цитокина γ-интерферона. Субъединицы образуют комплекс с молекулярной массой около 180 кДа. который, подобно РА700, присоединяется к дистальным α-кольцам 20S протеасомы и активирует гидролиз коротких полипептидов. Рентгеноструктурный анатиз показал, что при образовании комплекса между дрожжевой 20S протеасомой и РА26, гомологом РА28 из Tripanosoma brucei, происходит, как и при взаимодействии 20S протеасомы с РА700, открытие канала в α-кольце, однако это не приводит к утилизации таким комплексом белковых субстратов.

Физиологическое значение активации гидролиза пептидов активатором РА28 не совсем ясно, так как содержание свободных пептидов в клетках очень мало. Ряд данных показывает, что роль РА28 может заключаться в том, что он регулирует продукцию антигенных пептидов для представления молекулами класса 1. Во-первых, как уже говорилось, под действием γ-интерферона повышается содержание субъединиц РА28. Во-вторых, РА28 изменяет специфичность разрезания полипептидов. В-третьих, повышенная экспрессия РА28α после трансфекции приводит к более эффективной презентации антигенов. Предполагается, что РА28 может осуществлять более эффективную презентацию антигенов двумя путями: комплекс РА28-20S-РА28 гидролизует более длинные полипептиды, первоначально образуемые 26S протеасомой после деградации убиквитинированных белков; оба активатора - РА700 и РА28 - могут присоединяться к 20S протеасоме с образованием гибридной молекулы - комплекса РА700-20S-РА28, который работает как АТР-зависимая протеаза (рис. 1д). Изучение изменения содержания и внутриклеточного распределения различных форм протеасомы под действием γ-интерферона показало, что одновременно с уменьшением количества 26S протеасомы происходит накопление в цитоплазме формы РА700-20S-РА28. Возможно, что гибридная протеасома способна осуществлять более эффективный гидролиз ряда субстратов с образованием антигенных полипептидов - убиквитинированный белковый субстрат узнается РА700 и транспортируется в полость 20S ядра, протеолитическая способность которой модифицирована активатором РА28. Предполагается также, что in vivo действие РА28 может заключаться в стимуляции высвобождения продуктов деградации.