Эффекты семафорина 4D в иммунной системе, опосредуемые плексиновыми рецепторами

Плексины – семейство белков, которые являются основными рецепторами для семафоринов, сигнальных молекул, участвующих в аксональном наведении. Взаимодействие плексинов с семафо-ринами в нервной системе ведет к реорганизации цитоскелета нейронов и, как следствие, к регуляции роста дендритов и клеточной миграции. Однако есть целый ряд данных, свидетельствующих о присутствии плексиновых рецепторов в иммунной системе, в частности, об экспрессии плексина В1 иммунными клетками [Chabbert-de Ponnat et al., 2005; Toguchi et al., 2009; Okuno et al., 2010; Smith et al., 2011]. Высокоаффинный лиганд для плексина В1, семафорин 4 класса (Sema4D), также широко представлен в иммунной системе, более того, он был впервые идентифицирован именно как лимфоцитарная молекула [Bougeret et al., 1992]. Следовательно, Sema4D/плексин В1-зависимые сигналы должны участвовать в регуляции функций иммунных клеток. Именно эффекты плексиновых рецепторов в иммунной системе обсуждаются в настоящем обзоре.

Плексины, их структура, функции, механизмы действия за пределами иммунной системы

Первоначально плексины были обнаружены в нервной системе [Ohta et al., 1992; Ohta et al., 1995], где они опосредуют различные клеточные процессы, включая направление роста аксонов, нейрогенез, клеточную миграцию, пролиферацию

и клеточную гибель. Кроме того, плексины обнаружены и в других системах органов, таких, как репродуктивная, эндокринная, мочевыделительная, пищеварительная и иммунная [Kruger et al., 2005; O’Connor, Ting 2008; Serini et al., 2009].

На сегодняшний день у млекопитающих идентифицировано 9 плексинов, которые разделены на 4 класса: плексины А1–А4, плексины В1–В3, плексин С1, плексин D1. Все плексины – большие трансмембранные молекулы, внеклеточная часть которых содержит консервативный белковый мотив, называемый sema-домен, имеющий семилопастную β-пропеллерную структуру [Tamagnone et al., 1999, Gherardi et al., 2004]. Аналогичный sema-домен имеется во внеклеточном регионе семафо-ринов, и взаимодействие плексинов с семафори-нами происходит именно за счет связывания этих доменов. Наряду с этим, внеклеточные домены плексинов В1 и В2 содержат сайты расщепления конвертазами. Расщепление и связывание этих молекул друг с другом может привести к образованию гетеродимеров, что значительно повышает функциональный ответ Sema4D [Artigiani et al., 2003].

Механизмы действия плексинов в основном изучены в нервной ткани. Цитоплазматический домен плексинов состоит из ∼600 аминокислот и высоко консервативен среди членов семейства. Внутриклеточные домены плексинов не обладают ферментативной активностью, но имеют сходство с белками, активирующими ГТФазы (GAP, GTPase Activating Proteins,) [Oinuma et al., 2004]. GAP-подобный мотив плексинов способен взаимодействовать с мономерным G-белком R-Ras, подавляя его активность [Oinuma et al., 2004] что в конечном счете приводит к блокаде сборки микротрубочек. Кроме того, плексины класса В в цитоплазматическом домене имеют сайты связывания с факторами обмена гуаниновых нуклеотидов (GEFs, Guanine nucleotide Exchange Factors), такими как Rac-GEF FARP2 [Toyofuku et al., 2005] и PDZ-Rho-GEF [Driessens et al., 2002; Perrot et al., 2002; Swiercz et al., 2002]. Через эти факторы плексины В активируют малую ГТФазу RhoA, что, в свою очередь, инициирует в клетке сразу 2 процесса – сокращение актомиозина и блокаду сборки микротрубочек. Соответственно, молекулярные механизмы Sema4D-зависимой реорганизации цитоскелета, приводящие к репульсивному ответу, можно разделить на два типа. Один из механизмов – индукция ингибитора аксонального роста, малой ГТФазы RhoА. Другой, наоборот, ингибирование активатора роста аксонов – ГТФаз R-Ras и М-Ras.

Наряду с этим, все плексины класса В способны взаимодействовать с рецепторными тирозин-киназами Met и ErbB-2. После связывания Sema4D с плексином-B1 киназная активность ErbB-2 и Met увеличивается, что приводит к фосфорилированию как тирозина, так и плексина-B1. Было показано, что Met-киназа опосредует Sema4D-индуцированную миграцию клеток и инвазивный рост [Swiercz et al., 2008].

Поскольку все перечисленные выше внутриклеточные факторы, участвующие в передаче сигнала с плексина В1 в нейронах, присутствуют и в лимфоцитах, логично ожидать наличия аналогичных механизмов сигнализации в лимфоидных клетках.

Помимо контроля роста нейритов и клеточной миграции, Sema4D реализует в иммунной системе эффекты, не связанные с подвижностью клеток, такие как регуляция численности олигодендроцитов в ЦНС, а также процессов синаптогенеза [Giarudon, 2004]. Эти процессы также могут опосредоваться плексином В1 и реализоваться через активацию ГТФазы RhoA [Dubreuli, 2003, Lee, 2012].

Плексиновые рецепторы для Sema4D в иммунной системе

Несмотря на то, что основным рецептором для Sema4D в иммунной системе служит молекула CD72, не принадлежащая к семейству плексинов, плексиновые рецепторы для Sema4D также присутствуют в иммунных тканях, а именно, плексин В1, а также плексин В2 и С1.

Плексин В1 экспрессируется в фолликулярных дендритных клетках, стромальных клетках костного мозга и в активированных Т-клетках (где уровень его экспрессии ниже) [Ishida et al., 2003, Granziero et al., 2003]. Кроме того, выявлена экспрессия плексина В1 клетками микроглии – резидентными макрофагами ЦНС, причем сигнал именно с плексинового рецептора, а не с CD72, вызывает активирующее действие Sema4D [Okuno et al., 2010].

Плексин В2 высоко экспрессирован на макрофагах, дендритных клетках и, в меньшем количестве, на В- и Т-лимфоцитах, а также на макрофагах селезенки [Roney et al., 2011]. Кроме того, плексин В2 представлен на мышиных В-клетках в Т-зависимой зародышевой зоне [Yu et al., 2008]. Плексин С1 экспрессируется дендритными клетками [Walzer et al., 2005]. Широкое распространение плексинов и семафоринов в иммунной системе позволяет предположить, что они играют важную роль в развитии и реакциях иммунной системы [Holl et al., 2012].

Иммунорегуляторные эффекты

Sema4D, опосредуемые плексинами

Работ по плексин-зависимым эффектам Se-ma4D в иммунной системе на настоящий момент немного, и большинство из них посвящено исследованию миграции клеток, однако данные ряда исследований свидетельствуют о том, что плексины могут опосредовать и другие функциональные ответы клеток на Sema4D, не связанные с регуляцией клеточной подвижности.

Показано, что плексин В1 необходим для нормальной миграции моноцитов и дендритных клеток, пролиферации, а также для выживания В-лимфоцитов [Roney et al., 2011].

У мышей Sema4D, экспрессируемый Т-лимфоцитами, стимулирует клетки микроглии, несущие на себе плексин В1, в частности, усиливает активность индуцибельной NO-синтазы (iNOS) и продукцию оксида азота (II) NO микроглией – через плексин-В1-зависимые механизмы. Более того, экспрессируемый Т-лимфоцитами Sema4D играет решающую роль в прогрессировании экспериментальных аутоиммунных энцефаломиелитов (EAE) через взаимодействие с плексином-B1, экспрессируемым в микроглии [Okuno et al., 2010]. В то же время, in vitro показан и обратный эффект Sema4D: в культуре клеток микроглии, стимулированных бактериальным липополисахаридом (ЛПС), Sema4D подавлял продукцию NO и миграцию клеток микроглии, причем экспрессия плек-сина В1 на мембране клеток усиливалась в ответ на ЛПС [Toguchi et al., 2009]. А в модели экспериментального серповидного гломерулонефрита, в которой блокада Sema4D приводит к подавлению как клеточного, так и гуморального иммунного ответа, участие семафорина в развитии патологии связывают с взаимодействием плексина B1 в клубочках и лейкоцитарного Sema4D, облегчающих рекрутирование клубочковых лейкоцитов [Perala et al, 2012].

Luque с коллегами в своих экспериментах по адгезии блокировали Sema4D, плексин В1 и В2 и показали, что и Sema4D, и плексины действуют как молекулы адгезии, участвуя в связывании моноцитов и эндотелиальных клеток [Luque et al, 2015]. Ими было показано, что Sema4D экспрессируется на эндотелиальных клетках, а его рецептор плексин В2 – на моноцитах, макрофагах и пенистых клетках. Sema4D может быть частью широкого спектра молекул адгезии, которые способствуют межклеточному контакту при взаимодействии моноцитов с эндотелиальными клетками, а его связывание с плексинами может вызвать остановку и миграцию моноцитов крови в субэндотелиальное пространство [Luque et al, 2015].

Имеется еще ряд работ, в которых показано участие плексиновых рецепторов для Sema4D в регуляции функций иммунных клеток, хотя действие самого Sema4D в них не исследовалась, или исследовались эффекты другого семафорина Sema4C, который также связывается с соответствующими плексинами.

Так, Roney et al. было показано, что в макрофагах мышей плексин В2 является негативным регулятором ГТФазы Rac [Roney et al, 2011]. А исследования Holl et al. доказали, что плексин В2 на дендритных клетках влияет на развитие тимоцитов (их отсутствие приводит к ненормальным взаимодействиям Т- и дендритными клетками) [Holl et al., 2012]. Экспрессируемый при активации дендритных клеток плексин В2 является центральным звеном в активации иммунной системы [Holl et al., 2012].

В работе другого плана исследовалось взаимодействие плексина В2 с еще одним членом семейства семафоринов, Sema4C, имеющим большую аффинность связывания с плексином В2, чем Sema4D. Sema4C экспрессируется TFH (фолликулярные Т-хелперы), а сам плексин высоко экспрессируется В-лимфоцитами зародышевой зоны. Взаимодействие этих двух молекул приводит к миграции TFH внутрь зародышевого центра. Отсутствие плексина B2 в зародышевом центре или Sema4C на TFH-клетках вызывало накопление последних вдоль границы зародышевого центра, ухудшало взаимодействие T- и B-клеток, что нарушало развитие и созревание плазматических клеток [Yan et al., 2017].

Представленные выше факты свидетельствуют о том, что плексиновые рецепторы участвуют в регуляции функций иммунных клеток. Прежде всего – в контроле их миграции, по аналогии с плексин-зависимыми эффектами в неиммунных тканях. Но миграцией эти эффекты не ограничиваются: плек-сины способны опосредовать Sema4D-зависимую адгезию моноцитов к эндотелию, кислород-зависимые механизмы активации миелоцитов, а также выживание и пролиферацию этих клеток.

Заключение

Основным рецептором для Sema4D в иммунной системе является низкоаффиный CD72, экспрессируемый преимущественно В-лимфоцитами и дендритными клетками и вовлеченный в активацию этих клеток. Sema4D/CD72-зависимый сигнал участвует в регуляции как гуморального, так и клеточного иммунного ответа. Что касается классических плексиновых рецепторов для Sema4D, длительное время считалось, что они опосредуют эффекты семафоринов исключительно в неиммунных тканях. Тем не менее, в литературе немало работ, свидетельствующих о присутствии плекси-новых рецепторов для Sema4D в иммунной системе и об их участии в опосредовании иммунорегу-ляторных эффектов семафорина. Поскольку аффинность плексиновых рецепторов к семафорину почти на два порядка выше, чем у основного рецептора для Sema4D в иммунной системе, СD72, плексины первыми будут реагировать на семафо-рин, и это важно учитывать при оценке иммунорегулирующей активности Sema4D, а также при использовании его в качестве мишени для терапевтического воздействия при различных патологиях.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ 19-015-00367 и в рамках государственного задания № 01201353248.