Jelzés az immunválaszban *

Tartalomjegyzék

Absztrakt

Sok kórokozó, amely megfertőzheti C. elegans leírtak, köztük olyanok is, amelyek együtt léteznek a fonálféreggel annak természetes környezetében. Ez a fejezet ismerteti a különböző eredetű immunválaszok jelenlegi megértését C. elegans amelyek a fertőzést követik. Összpontosít az azonosított fő jelátviteli utakra, és kiemeli bizonyos molekuláris kazetták beépítését mind immun, mind fejlődési funkciókba.

1. Bemutatkozás

A C. elegans a veleszületett immunitás, vagyis a gazdaszervezet fertőzésre adott válaszának alapvető szempontjainak rendkívül hatékony modelljeként jelent meg, kiegészítve olyan megalapozottabb modelleket, mint például Drosophila (Kurz és Ewbank, 2003). 1999-ben az Ausubel csoport publikálta azt a munkáját, amely kimutatta, hogy a C. elegans fertőzhető lehet Pseudomonas aeruginosa-val, egy mindenütt jelenlévő Gram-negatív baktériummal, amely krónikus tüdőfertőzésekhez társul cisztás fibrózisos betegeknél, és hogy a specifikus féregmutánsok fokozottan hajlamosak a halálos mérgezésre (Mahajan Miklos és mtsai, 1999). Az Ausubel csoport munkája azt is kimutatta, hogy a férgek felhasználhatók a baktériumok patogeneziséhez szükséges univerzális virulencia faktorok azonosítására a gazdaszervezettől függetlenül (áttekintve: Mahajan-Miklos et al., 2000; Tan és mtsai, 1999a; Tan és mtsai., 1999b). A publikációk óta eltelt években számos különféle mikrobát azonosítottak, amelyek megfertőzhetik a férgeket, és rengeteg tanulmány készült C. elegans felhasználásával a bakteriális patogenezis, valamint a veleszületett immunitás vizsgálatára. Ezek segítettek meghatározni a modell jelentőségét a gazda-patogén kölcsönhatások megértésében a magasabb organizmusokban (áttekintve: Alegado et al., 2003; Kurz és Ewbank, 2003; Kurz és Tan, 2004; Millet és Ewbank, 2004).

Ez a fejezet a C. elegans fertőzésre adott reakciójában részt vesz. Visszatérő téma az lesz, hogy a veleszületett védekezésben résztvevő jelátviteli utak olyan fehérje kazettákat tartalmaznak, amelyek alapvető szerepet játszanak más, látszólag nem kapcsolódó fejlődési vagy fiziológiai folyamatokban.

A féregvédelem jelenlegi nézetét különféle módszerekkel kapták meg, ideértve az előretekintő genetikai szűrőket, az RNSi-t, a mikro-sugarakat és a jelölt gén megközelítéseket. Legalább 4 útvonalról van szó a C. elegans veleszületett immunitásában, és átfedést találtak a kórokozók védelmében és a hosszú élettartamban részt vevő gének között. Utólag ez nem annyira meglepő, mivel a standard E. coli OP50 törzs nem teljesen jóindulatú. Bizonyos tenyésztési körülmények között képes a férgek gyors megmérgezésére (Garsin és mtsai., 2001), sőt a szokásos NGM lemezeken is a bél OP50 általi kolonizációja, ami ebből eredő szövetkárosodással jár, az egyik fő oka annak, hogy az öreg férgek elpusztulnak (Gems és Riddle, 2000; Herndon és mtsai, 2002; áttekintve: Alegado és mtsai, 2003; Kurz és Tan, 2004).

A C. elegans fertőzése specifikus változásokat okoz a génszabályozásban. A bélben kolonizáló bakteriális kórokozók esetében az indukált gének közé tartoznak azok, amelyek antimikrobiális peptideket és fehérjéket kódolnak (például bizonyos caenacinokat és lizozimokat). Sokan kifejezetten a bélsejtekben expresszálódnak, és vannak közvetett bizonyítékok arra vonatkozóan, hogy a peptidek és fehérjék kiválasztódnak a bél lumenébe, és közvetlenül megcélozzák az ott található mikroorganizmusokat, hozzájárulva ezzel a férgek védekezéséhez (Kurz és Tan, 2004; Mallo és mtsai., 2002). Szinergiában működhetnek a konstitutívan expresszált antimikrobiális fehérjékkel és peptidekkel, beleértve az ABF (antibakteriális faktor) családot is (Kato et al., 2002).

2. A DBL-1 útvonal

1. ábra: A DBL-1/TGF-β útvonal. A TGF-β-szerű ligandum kötődése a heterodimer DAF-4/SMA-6 receptorhoz az SMA SMA-2, SMA-3 és SMA-4 fehérjék foszforilációjához és aktiválásához vezet. Átalakulnak a sejtmagba, ahol aktiválni tudják a génexpressziót, egyes esetekben az SMA-9-gyel együtt.

3. A DAF-2/DAF-16 útvonal

Az egyik dbl-1 útvonal célpontja, amelyet bakteriális fertőzés szabályoz, a lizozim gén lys-8. Az antibakteriális védekezésben kimutatott második út, a DAF-2/DAF-16 út (2. ábra) szintén szabályozza az expresszióját (Murphy és mtsai., 2003). A fentiekre figyelmen kívül hagyva ezt az utat jól jellemezték a C. elegans-ban a hosszú élettartam ellenőrzésében betöltött szerepe miatt .

2. ábra: A DAF-2/DAF-16 útvonal. (A) Agonista ligandum, például inzulinszerű DAF-28 peptid jelenlétében a DAF-2 receptor aktiválódik, és ezáltal aktiválja az AGE-1 foszfatidil-inozitol-3 OH kináz AGE-1-et, amely katalizálja a foszfatidil-inozitol-biszfoszfát ( PIP2) foszfatidil-inozitol-triszfoszfátba (PIP3). Egyrészt a PIP3 kötődik az AKT-1/AKT-2 komplexhez, és két foszforilációs hely expozíciójához vezet. Másrészt a kináz PDK-1 a PiP3-hoz való kötődéssel a membránhoz kerül, ahol az képes foszforilezni és aktiválni az AKT-1-et. Az AKT kináz viszont foszforilálja a DAF-16 transzkripciós faktort, és ezáltal biztosítja annak citoplazmatikus retencióját. (B) Antagonista ligandum, például INS-1 jelenlétében (vagy a daf-2 funkcióvesztés mutánsában) az út nem aktív, a DAF-16 nem foszforilálódik és transzlokálható a magba, ahol szabályozza a stresszválasz és az antimikrobiális gének expresszióját.

A daf-2 mutánsok nemcsak hosszú életűek az OP50 diétáján, de ellenállnak a Gram-negatív és Gram-pozitív baktériumok kórokozóinak számos fertőzésének is (Garsin et al., 2003). A DAF-2/DAF-16 útvonal ismert célpontjai közé tartoznak a dod (a D AF-16 saját áramában lévő) géncsoport rosszul jellemzett tagjai, valamint a szabadalmaztatott antimikrobiális gének, például a lys-7, amelyek a szapozinokat kódolják (spp- 1 és az spp-12, a féreg 20 spp génje közül kettő) és a fonálféreg taumatin homológjai (amelyek a növényekben gombaellenes fehérjék; Murphy és mtsai, 2003). Feltételezzük, hogy az út hozzájárul a fertőzéssel szembeni rezisztenciához azáltal, hogy szabályozza ezen különféle szekretált antimikrobiális fehérjék termelését, amint azt a DBL-1 útvonal fentebb leírta. Valójában ezeknek a fehérjéknek (pl. SPP-1, SPP-12 és LYS-7) expressziójának eltörlése daf-2 mutánsokban az élettartam csökkenéséhez vezet (Murphy és mtsai, 2003). Figyelemre méltó, hogy a LYS-1 és LYS-2, az SPP-3 és az SPP-18 expressziója szintén erősen szabályozott a P. aeruginosa fertőzésnél (Kurz és Tan, 2004).

4. A MAP kináz útvonal

Kimutatták, hogy a P. aeruginosa elleni rezisztencia magában foglal egy harmadik útvonalat, egy MAP kináz útvonalat, amely magában foglalja a MAP3K NSY-1-et és a MAP2K SEK-1-et, amelyet eredetileg úgy jellemeztek, hogy szerepet játszik az aszimmetrikus idegsejtek sorsának meghatározásában. Míg vad típusú férgekben az STR-2 kemoreceptor csak a két AWC idegsejt egyikében expresszálódik, addig nsy-1 és sek-1 mutánsokban mindkét testvér neuron expresszálja a receptort (Sagasti et al., 2001; Tanaka-Hino et al., 2002). Az nsy-1 és sek-1 alléljait a P. aeruginosa-ra hiperérzékeny férgek genetikai szűrőjén találták, és a két génről kimutatták, hogy együtt működnek a pmk-1 irányában. A féreg három p38-családba tartozó MAP-kinázának egyikét kódoló gén elleni RNSi szintén fokozott fertőzés iránti hajlamot eredményez (Kim és mtsai., 2002). Míg a sejtmeghatározás összefüggésében az nsy-1 és a sek-1 az unc-43-tól lefelé hat, amely egy kalcium-kalmodululin-függő kinázt kódol, ez utóbbi génről beszámoltak, hogy nem játszik szerepet a veleszületett immunjelzésben (Kim és mtsai., 2002). Ráadásul a pmk-1 funkció RNSi általi törlése nem vált ki sejtmeghatározási fenotípust, ami arra utal, hogy az útvonal downstream komponensei a két kontextusban is eltérhetnek (Chuang és Bargmann, 2005). Másrészt, amint az alábbiakban tárgyaltuk, az adapter fehérje TIR-1 kimutatták, hogy részt vesz mind az idegsejtekben, mind a védekező utakban (3. ábra).

3. ábra: A TIR-1/NSY-1/SEK-1 kazetta a veleszületett immunitásban és a sejtek sorsának meghatározásában működik. A részletekért lásd a szöveget.

5. A Toll-szerű receptorok szerepe

A P. aeruginosa és a S. marcescens egyaránt extracelluláris kórokozó, széles gazdaállománnyal. A Salmonella typhimurium viszont nagyon specifikus betegségeket okoz az emlősökben, amelyek a gazdasejtekbe való bejutással és az azt követő replikációval járnak. Számos különféle Salmonella törzs képes megfertőzni a férgeket, de nem viselkednek intracelluláris kórokozóként, ehelyett a bél tartós és gyengítő kolonizációját hozzák létre (Aballay et al., 2000; Labrousse et al., 2000). A C. elegans fertőzése a csíra apoptózisát pmk1-függő módon provokálja (Aballay és Ausubel, 2001; Aballay és mtsai, 2003). A megváltozott lipopoliszacharidot (LPS; a Gram-negatív baktérium külső membránjának egyik fő összetevője) tartalmazó szalmonella mutánsok nem váltják ki a választ. Gerinceseknél a Toll-szerű TLR4 receptor működik az LPS-felismerésben, de a tol-1 által kódolt egyetlen féreg TLR nem szükséges a Salmonella-indukálta apoptózishoz (Aballay et al., 2003).

4. ábra Az antimikrobiális peptid expressziójának ellenőrzése tir-1 segítségével . (A) A pnlp 29: gfp-t és a pcol-12: dsRed riporter konstrukciókat hordozó transzgénikus férgek a col-12 hypodermis-specifikus promóter konstitutív aktivitása miatt főleg fertőzés hiányában vörösnek tűnnek. (B) A Drechmeria coniospora gombafertőzés után a pnlp 29: gfp riporter indukálódik, és a férgek sárgászöldek. (C) Az indukció relatív szintje a férgek között változik, az Union Biometrica COPAS biosort segítségével számszerűsítve. A vörös és zöld fluoreszcenciát tetszőleges, de állandó egységekben számoljuk. (D) A pnlp 29: gfp és a pnlp 31: gfp riporter gén expressziójának mennyiségi meghatározása a D. coniospora fertőzést követően, valamint a kontroll RNSi (fekete oszlopok) vagy RNAi hatása az összes tir-1 izoformával (fehér oszlop) szemben. A és B képek Nathalie Pujol; Aurélie Blanc által generált adatok C-ben; D adaptálva Couillault et al. (2004).