Семафорин SEMA4D в иммунной системе

Семафорины – это семейство мембранных и секретируемых белков, которые первоначально были идентифицированы в нервной системе как сигнальные молекулы, участвующие в процессах аксонального наведения в ходе роста нейронов [Kolodkin, Matthes, Goodman, 1993; Semaphorin …, 1999]. Будучи преимущественно репульсивными факторами, эти молекулы по системе сигнализации подобны семафору, что и определило название семейства.

В отличие от других семафоринов, Sema4D впервые был описан в иммунной системе – как трансмембранная молекула, экспрессируемая Т-лимфоцитами [Bougeret et al., 1992]. Именно с лимфоцитарным «происхождением» связано его первоначальное обозначение – CD100 (CD (clasters of differentiation) – мембранные маркеры лейкоцитов). В 1999 г., после клонирования гена CD100, этот белок был отнесен к семейству семафоринов

IV класса и переименован в Sema4D [Semaphorin …, 1999].

Эффекты данного семафорина в иммунной системе наиболее активно изучались в начале 2010-х гг. и показали, что Sema4D участвует в ключевых событиях адаптивного иммунного ответа – в антигенной активации В-лимфоцитов [Kumanogoh et al., 2000, 2005], в созревании дендритных клеток и в процессах примирования Т-лимфоцитов [Kumanogoh et al., 2002], реализуя свои эффекты через специфический рецептор – CD72 [Ku-manogoh, Kikutani, 2001]. При этом, согласно принятым представлениям, основным источником Sema4D в иммунной системе являются Т-лимфоциты, основными мишенями для семафори-на служат клетки, экспрессирующие CD72, в первую очередь, В-лимфоциты, моноциты и дендритные клетки, а основным механизмом реализации иммунорегуляторных эффектов семафорина является Sema4D/CD72-сигнализация. Однако в настоящее время имеются серьезные причины вер-

нуться к этому вопросу на новом уровне: ряд данных, как новых, так и давно известных, но остававшихся за рамками имеющихся обзоров, указывает на необходимость пересмотра роли Sema4D в иммунорегуляции: выявлены новые рецепторы для Sema4D в иммунной системе [Granziero et al., 2003; Chabbert-de Ponnat et al., 2005], а также способность самого Sema4D выступать в качестве не только лиганда, но и рецептора, проводя сигнал в клетку, на которой экспрессирован [Witherden et al., 2012; Zhang et al., 2013], что поднимает вопрос о новых механизмах реализации Sema4D-зависимых эффектов. Именно на этих аспектах сделан акцент в настоящем обзоре. Особая актуальность его диктуется перспективой использования терапевтических подходов, основанных на регуляции Sema4D в организме [He et al., 2014; Evans et al., 2015]: применение такой терапии требует как можно более полного представления о возможных проявлениях активности семафорина.

Характеристика Sema4D и Sema4D-специфичных рецепторов

Sema4D (CD100) – трансмембранный белок размером 150 kDa, принадлежащий IV классу се-мафоринов. Подобно другим семафоринам, он имеет в своем экстраклеточном регионе Sema-домен, представляющий собой 7-лопастную β-пропеллерную структуру [Love et al., 2003]. У мышей и у человека Sema4D может находиться как в мембран-связанной, так и в растворимой форме. Растворимый Sema4D (soluble Sema4D, sSema4D) имеет размер 120 kDa и образуется за счет протеолитического отщепления, сохраняя при этом функции своего мембранного аналога [Wang et al., 2001; Elhabazi et al., 2001]. Отщепление Sema4D от мембраны происходит в виде димера размером 240 kDa и осуществляется матриксными металлопротеиназами [Elhabazi et al., 2001].

Эффекты Sema4D, согласно традиционным представлениям, реализуются в различных тканях через разные типы рецепторов: в неиммунных тканях – через высокоаффинный плексин В1 ( K d = ~1x10^-9 M), а в иммунных – через низкоаффинный CD72 ( K d = 3x10^-7 M) [Tamagnone et al., 1999; Kumanogoh et al., 2000; Kumanogoh, Kikutani, 2001]. Кроме того, ряд данных свидетельствует о том, что Sema4D способен связываться не только с плексином В1, но и с двумя другими плексинами В-класса, В2 и В3 [Masuda et al., 2004; Witherden et al., 2012].

Плексин В1 представляет собой большую трансмембранную молекулу, которая, как и сема-форин, имеет в своем экстраклеточном регионе Sema-домен, причем взаимодействие плексина с семафорином предполагает связывание их Sema-доменов [Janssen et al., 2010]. Основная роль се- мафорин/плексин-зависимой сигнализации в различных клетках – реорганизация цитоскелета, которая реализуется главным образом за счет регуляции активности малых ГТФаз семейств Ras и Rho. Второй рецептор для Sema4D, CD72 является членом семейства лектинов и экспрессируется преимущественно в иммунной системе [Tutt Landolfi, Scollay, Parnes, 1997; Kumanogoh et al., 2000, 2002]. Цитоплазматический домен CD72 содержит два иммунорецепторных тирозиносновных ингибиторных мотива (immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motifs, ITIM), ассоциированных с фосфатазой SHP1 [Adachi et al., 1998], что определяет преимущественно негативную роль CD72-зависимого сигнала в активации клеток [Kumanogoh et al., 2000].

Кроме того, цитоплазматический домен самого Sema4D содержит консенсусные сайты для серинового фосфорилирования [Elhabazi et al., 1997], что определяет способность данного семафорина выступать не только в качестве лиганда, но и как рецептор, проводя сигнал в клетку, на которой экспрессирован. К тому же, Sema4D ассоциирован с тирозиновой фосфатазой CD45, которая в иммунных клетках также может участвовать в передаче Sema4D-зависимого сигнала в клетку [Herold et al., 1996].

Важно отметить, что некоторые данные указывают на экспрессию плексиновых рецепторов иммунными клетками [Granziero et al., 2003; Chabbert-de Ponnat et al., 2005], что свидетельствует о необходимости пересмотра принятых на сегодняшний день представлений об опосредовании эффектов семафорина в иммунных и неиммунных клетках разными рецепторами, CD72 и плексином В1, соответственно.

Экспрессия Sema4D в иммунной системе

Sema4D широко представлен в иммунной системе (рисунок). Он конститутивно экспрессируется Т-лимфоцитами [Kumanogoh et al., 2000] и, в меньшей степени, В-клетками [Granziero et al., 2003], естественными киллерами (Natural Killer cells, NK) [Mizrahi et al., 2007] и эозинофилами [Hiraguchi et al., 2015]. В незначительных количествах Sema4D присутствует также на мембране дендритных клеток [Kumanogoh et al., 2002]. Активация лимфоцитов сопровождается повышением уровня экспрессии Sema4D на клеточной мембране [Bougeret et al., 1992; Witherden et al., 2012], а также его протеолитическим отщеплением, с образованием растворимой формы, sSema4D [Elhabazi et al., 2001; Wang et al., 2001]. Данный эффект регистрируется как in vitro, в культуральных супернатантах активированных лимфоцитов, так и in vivo, в сыворотке животных, иммунизированных Т- зависимыми антигенами [Wang et al., 2001]. При этом растворимый Sema4D сохраняет функции мембранного аналога [Wang et al., 2001].

Эффекты Sema4D в иммунной системе

Sema4D непосредственно вовлечен в иммунные реакции организма. У животных, дефицитных по Sema4D (Sema4D(CD100)^-/--), снижен В-клеточный ответ на стимуляцию антителами к CD40 и липополисахаридом in vitro , а также гуморальный иммунный ответ на Т-зависимые антигены in vivo [Shi et al., 2000]. И, напротив, клетки, трансфеци-рованные Sema4D и стабильно экспрессирующие его на мембране, или растворимый рекомбинантный Sema4D, индуцируют агрегацию и выживание В-лимфоцитов [Hall et al., 1996], а также усиливают CD40-индуцированную пролиферацию В-клеток и продукцию иммуноглобулинов [Kumanogoh et al., 2000; Wang et al., 2001; Ishida et al., 2003].

Потенциальные механизмы Sema4D-зависимой регуляции функций иммунных клеток:

Т – Т-лимфоцит, В – В-лимфоцит, ДК – дендритная клетка

Наряду с этим, Sema4D участвует в созревании и функционировании дендритных клеток: растворимый рекомбинантный Sema4D усиливает СD40-зависимую активацию этих клеток in vitro, что регистрируется по повышению экспрессии на мембране костимулирующих CD40 и CD80, а также продукции IL-12 [Kumanogoh et al., 2002; Ishida et al., 2003]. А в экспериментах in vivo показано, что у Sema4D-/--мышей существенно подавлены про- цессы примирования Т-лимфоцитов, которые напрямую зависят от активности дендритных клеток [Shi et al., 2000; Kumanogoh et al., 2002]. Кроме того, семафорин усиливает цитотоксическую активность NK-клеток [Mizrahi et al., 2007].

Механизмы реализации эффектовSema4D в иммунной системе

Основной рецептор для Sema4D, описанный в иммунной системе, – CD72, экспрессируемый преимущественно В-лимфоцитами [Kumanogoh et al., 2000, 2005]. Он ассоциирован с CD79a, компонентом В-клеточного рецепторного комплекса, и является негативным регулятором В-лимфоцитов: у мышей, дефицитных по СD72, В-клетки демонстрируют повышенную пролиферацию в ответ на различные стимулы [Pan, Baumgarth, Parnes, 1999]. Негативная роль CD72-зависимого сигнала в В-клеточной активации связана с наличием в его цитоплазматическом домене двух иммунорецеп-торных тирозин-основных ингибиторных мотивов, ITIM, ассоциированных с фосфатазой SHP1 [Adachi et al., 1998; Kumanogoh et al., 2000]. Связывание Sema4D с СD72 блокирует ассоциацию последнего с В-клеточным рецептором (B cell receptor, BCR), вызывает дефосфорилирование его по тирозину и диссоциацию SHP1 от цитоплазматического региона CD72, давая возможность В-клетке активироваться в ответ на антиген [Kumanogoh et al., 2000, 2005; Ishida et al., 2003]. Таким образом, связывание Sema4D «выключает» ингибиторный сигнал с СD72. Помимо В-лимфоцитов, СD72 экспрессируется «профессиональными» антигенпрезентирующими клетками, такими как макрофаги и дендритные клетки [Tutt Landolfi, Scollay, Parnes, 1997; Kumanogoh et al., 2002], и участвует в регуляции функций этих клеток. Так, агонисты CD72 имитируют эффекты sSema4D в отношении экспрессии дендритными клетками костимулирующих молекул CD40 и CD80, а также продукции IL-12, указывая на CD72-зависимые механизмы реализации этих эффектов [Ishida et al., 2003]. Синтез моноцитами провоспалительных цитокинов IL-6, IL-8 и TNFα, индуцируемый sSema4D, также воспроизводится агонистами CD72 [Ishida et al., 2003].

Что касается высокоаффинного рецептора для Sema4D, плексина В1, которому традиционно приписывается реализация эффектов семафорина в неиммунных тканях, есть целый ряд работ, демонстрирующих его присутствие и в иммунной системе. Экспрессия плексина В1 выявлена на фолликулярных дендритных клетках [Granziero et al., 2003], на незрелых дендритных клетках моноцитарного происхождения [Chabbert-de Ponnat et al., 2005], а также на части активированных Т-лимфоцитов [Granziero et al., 2003]. Наряду с плексином В1, в иммунной системе выявлена экспрессия и плексина В2 – на макрофагах и дендритных клетках [Roney et al., 2011].

Важной особенностью Sema4D является тот факт, что он не только использует специфические рецепторы для реализации своих эффектов, но и сам может выступать в качестве рецептора, проводя сигнал в клетку, на которой экспрессирован [Granziero et al., 2003; Witherden et al., 2012; Zhang et al., 2013]. Обеспечивается такая способность как минимум двумя факторами: во-первых, цитоплазматический домен семафорина содержит консенсусные сайты для серинового фосфорилирования [Elhabazi et al., 1997]; во-вторых, у Т-лимфоцитов Sema4D ассоциирован с тирозиновой фосфатазой CD45, которая также может участвовать в передаче семафорин-зависимого сигнала в клетку [Herold et al., 1996].

Механизмы сигнальной трансдукции, инициируемые Sema4D в иммунных клетках, изучены слабо и фрагментарно. Показано, что в В-лимфоцитах семафорин-зависимые сигналы участвуют в фосфорилировании по тирозину целого ряда факторов – CD79b, Syk, BLNK, FcRIIB и ERK-2: у Sema4D-/--мышей уровень фосфорилирования этих молекул в ответ на стимуляцию через В-клеточный антигенный рецептор существенно снижен, как и мобилизация внутриклеточного Са2+ [Kumanogoh et al., 2005], однако какими рецепторами опосредуются эти эффекты Sema4D, CD72 или плексином В1, точно сказать нельзя.

Заключение

В целом, эффекты Sema4D в иммунной системе отличаются высоким разнообразием, и определяется это, по-видимому, целым рядом причин. Во-первых, Sema4D экспрессируется практически всеми основными эффекторами как адаптивного, так и врожденного иммунитета. Во-вторых, многие клетки иммунной системы одновременно экспрессируют два рецептора для семафорина с разной аффинностью, CD72 и плексин В1, а также могут использовать сам Sema4D, представленный на мембране, в качестве рецептора. Как следствие, эффекты Sema4D в таких клетках будут напрямую зависеть от концентрации семафорина. В-третьих, мембранный Sema4D и основной семафориновый рецептор в иммунной системе, CD72, ассоциированы с молекулами, участвующими в антиген-зависимой активации лимфоцитов, и непосредственно контролируют активационные сигналы. Следует отметить, что, несмотря на интенсивное изучение роли Sema4D в иммунной системе, внутриклеточные механизмы реализации действия се-мафорина в иммуноцитах на сегодняшний день почти не изучены, и многие эффекты Sema4D в этих клетках сложно объяснить и, тем более, спрогнозировать.

Работа выполнена в рамках государственного задания, номер госрегистрации темы: 01201353248.