Рецептор иммуноглобулина, подобный киллерным клеткам

Рецепторы иммуноглобулинов клеток-киллеров ( KIR ) представляют собой семейство трансмембранных гликопротеинов I типа, экспрессируемых на плазматической мембране естественных клеток -киллеров (NK) и меньшинства Т-клеток . ^{[1] [2]} У людей они кодируются в комплексе лейкоцитарных рецепторов (LRC) на хромосоме 19q13.4; область KIR составляет приблизительно 150 килобаз и содержит 14 локусов, включая 7 генов, кодирующих белки (некоторые дублируются), и 2 псевдогена. ^{[3] [4]}

Они регулируют функцию уничтожения этих клеток, взаимодействуя с молекулами главного комплекса гистосовместимости (MHC) класса I , которые экспрессируются на всех типах ядросодержащих клеток. Рецепторы KIR могут различать аллельные варианты MHC I, что позволяет им обнаруживать инфицированные вирусом клетки или трансформированные клетки . KIR являются парными рецепторами , то есть некоторые из них обладают активирующими, а другие — ингибирующими функциями; большинство KIR являются ингибирующими: их распознавание молекул MHC подавляет цитотоксическую активность их NK-клеток. ^[5]

Активируется ограниченное количество KIR: их распознавание молекул MHC активирует цитотоксическую активность их клетки. ^[6] Первоначальная экспрессия KIR на NK-клетках является стохастической , но NK-клетки подвергаются образовательному процессу по мере созревания, который изменяет экспрессию KIR, чтобы максимизировать баланс между эффективной защитой и аутотолерантностью. Роль KIR в уничтожении нездоровых собственных клеток и неуничтожении здоровых собственных клеток включает их в защиту от вирусной инфекции, аутоиммунных заболеваний и рака и их склонность к ним. ^{[2] [7]} Молекулы KIR полиморфны : их генные последовательности сильно различаются у разных людей. Они также полигенны , поэтому редко бывает, чтобы два неродственных человека обладали одинаковым генотипом KIR. ^[8]

В отличие от Т-лимфоцитов, покоящиеся NK-клетки используют предварительно сформированные литические гранулы для уничтожения целевых клеток, что подразумевает быстрый цитолитический эффект, требующий тонко регулируемого механизма контроля. Способность щадить нормальные ткани, но не трансформированные клетки, называется гипотезой « отсутствующего себя ». ^{[9] [10]} Это явление определяется специфическими для MHC класса I ингибирующими рецепторами, которые функционально доминируют над триггерными потенциалами, вызванными активирующими рецепторами. ^{[11] [12]} Таким образом, NK-клетки используют сложный набор ингибирующих или активирующих взаимодействий рецепторов/лигандов, баланс которых регулирует функцию NK-клеток и цитолитическую активность. ^{[11] [13] [14] [15] [16] [17]} Рецепторы, демонстрирующие эту функцию, эволюционировали в ходе филогенеза после быстрой эволюции генов, кодирующих молекулы MHC класса I. Таким образом, у приматов и некоторых других видов эволюционировавшие ингибиторные рецепторы MHC класса I принадлежат к суперсемейству иммуноглобулинов KIR ^{[18] [19] [20],} тогда как у грызунов и других видов та же функция находится под контролем интегральных трансмембранных гликопротеинов типа II, структурно характеризующихся как гомодимеры с дисульфидными связями, принадлежащие к семейству белков Ly49 ^[21] .

Естественные клетки-киллеры (NK) — это тип лимфоцитарных клеток, участвующих в реакции врожденной иммунной системы на вирусную инфекцию и опухолевую трансформацию клеток хозяина. ^{[20] [7]} Как и Т-клетки, NK-клетки обладают многими качествами, характерными для адаптивной иммунной системы , включая производство клеток «памяти», которые сохраняются после столкновения с антигенами , и способность создавать вторичный ответ отзыва. ^[7] В отличие от Т-клеток, рецепторы NK-клеток кодируются зародышевой линией и, следовательно, не требуют соматических перестроек генов. ^[7] Поскольку NK-клетки нацелены на собственные клетки, у них есть сложный механизм, с помощью которого они дифференцируют собственные и чужеродные клетки, чтобы свести к минимуму разрушение здоровых клеток и максимизировать разрушение нездоровых клеток. ^[20]

Цитолиз клеток-мишеней естественными клетками-киллерами и продукция цитокинов контролируются балансом ингибирующих и активирующих сигналов, которым способствуют рецепторы NK-клеток. ^{[20] [22] [23]} Ингибирующие рецепторы NK-клеток являются частью либо суперсемейства иммуноглобулин-подобных (IgSF), либо суперсемейства лектин-подобных рецепторов C-типа (CTLR). ^{[20] [7]} Члены семейства IgSF включают иммуноглобулин-подобный рецептор человеческих клеток-киллеров (KIR) и иммуноглобулин-подобные транскрипты (ILT). ^[7] Ингибирующие рецепторы CTLR включают CD94/NKG2A и мышиный Ly49, который, вероятно, аналогичен человеческому KIR. ^{[23] [5]}

Рецепторы KIR и CD94 (CTLR) экспрессируются 5% Т-клеток периферической крови . ^{[12] [23]}

Рецепторы KIR названы на основе числа их внеклеточных Ig-подобных доменов (2D или 3D) и длины их цитоплазматического хвоста (длинный (L), короткий (S) или псевдоген (P)). ^{[12] [23]} Число, следующее за L, S или P в случае псевдогена, отличает рецепторы KIR с одинаковым числом внеклеточных доменов и длиной цитоплазматического хвоста. ^{[3] [23]} Наконец, звездочка после этой номенклатуры указывает на аллельные варианты. ^{[5] [23]}

Единичные замены, вставки или делеции в генетическом материале , кодирующем рецепторы KIR, изменяют место терминации гена, в результате чего цитоплазматический хвост становится длинным или коротким в зависимости от места стоп-кодона. ^{[12] [3]} Эти единичные нуклеотидные изменения в нуклеотидной последовательности фундаментально изменяют функцию KIR. За исключением KIR2DL4, который обладает как активирующими, так и ингибирующими способностями, рецепторы KIR с длинными цитоплазматическими хвостами являются ингибирующими, а рецепторы с короткими хвостами — активирующими. ^{[20] [23]}

Ингибиторные рецепторы распознают собственные молекулы MHC класса I на целевых собственных клетках, вызывая активацию сигнальных путей, которые останавливают цитолитическую функцию NK-клеток. ^[24] Собственные молекулы MHC класса I всегда экспрессируются при нормальных обстоятельствах. ^[20] Согласно гипотезе «отсутствующего собственного», ингибирующие рецепторы KIR распознают снижение регуляции молекул MHC класса I в инфицированных вирусом или трансформированных собственных клетках, заставляя эти рецепторы прекращать посылать сигнал ингибирования, что затем приводит к лизису этих нездоровых клеток. ^{[20] [23]} Поскольку естественные клетки-киллеры нацелены на инфицированные вирусом клетки хозяина и опухолевые клетки, ингибирующие рецепторы KIR важны для облегчения аутотолерантности. ^[6]

Ингибирующие рецепторы KIR передают сигнал через свой иммунорецепторный тирозин-основанный ингибирующий мотив (ITIM) в своем цитоплазматическом домене. Когда ингибирующие рецепторы KIR связываются с лигандом, их ITIM фосфорилируются по тирозину и задействуются протеинтирозиновые фосфатазы , включая SHP-1. Ингибирование происходит на ранней стадии сигнального пути активации, вероятно, из-за вмешательства в этот путь этих фосфатаз. ^{[20] [23]}

Активирующие рецепторы распознают лиганды , которые указывают на аберрацию клетки-хозяина, включая индуцированные аутоантигены (которые являются маркерами инфицированных аутоклеток и включают MICA, MICB и ULBP, все из которых связаны с молекулами MHC класса 1), измененные аутоантигены (антигены MHC класса I, нагруженные чужеродным пептидом) и/или чужеродные (молекулы, кодируемые патогеном). ^{[20] [23]} Связывание активирующих рецепторов KIR с этими молекулами вызывает активацию сигнальных путей, которые заставляют NK-клетки лизировать инфицированные вирусом или трансформированные клетки . ^[23]

Активирующие рецепторы не имеют иммунорецепторного тирозинового мотива ингибирования (ITIM), характерного для ингибирующих рецепторов, а вместо этого содержат положительно заряженный остаток лизина или аргинина в своем трансмембранном домене (за исключением KIR2L4), который помогает связывать DAP12, молекулу-адаптер, содержащую отрицательно заряженный остаток, а также иммунорецепторные тирозиновые мотивы активации (ITAM) . ^{[23] [13]} Активирующие рецепторы KIR включают KIR2DS и KIR3DS. ^[23]

Гораздо меньше известно об активирующих рецепторах по сравнению с ингибирующими рецепторами. Значительная часть человеческой популяции лишена активирующих рецепторов KIR на поверхности своих NK-клеток из-за усеченных вариантов KIR2DS4 и 2DL4, которые не экспрессируются на поверхности клеток у людей, гетерозиготных по гаплотипу группы KIR A. ^[20] Это говорит о том, что отсутствие активирующих рецепторов KIR не является невероятно пагубным, вероятно, потому, что существуют другие семейства активирующих рецепторов поверхности NK-клеток, которые связывают молекулы MHC класса I, которые, вероятно, экспрессируются у людей с этим фенотипом. Однако, поскольку мало известно о функции активации рецепторов KIR, возможно, что существует важная функция активации рецепторов KIR, о которой мы пока не знаем. ^[20]

Активирующие рецепторы имеют более низкое сродство к своим лигандам, чем ингибирующие рецепторы. ^[23] Хотя цель этого различия в сродстве неизвестна, возможно, что цитолиз целевых клеток происходит преимущественно в условиях, в которых экспрессия стимулирующих молекул MHC класса I на целевых клетках высока, что может происходить во время вирусной инфекции. ^[23] Это различие, которое также присутствует в Ly49, мышином гомологе KIR, склоняет баланс в сторону аутотолерантности. ^[17]

Активирующие и ингибирующие рецепторы KIR экспрессируются на NK-клетках в неоднородных, разнообразных комбинациях, что приводит к образованию различных NK-клеток. ^[23] Ингибирующие рецепторы суперсемейства IgSF и CTLR, экспрессируемые на поверхности NK-клеток, экспрессируются на подмножестве NK-клеток таким образом, что не все классы ингибирующих рецепторов NK-клеток экспрессируются на каждой NK-клетке, но есть некоторое перекрытие. ^[23] Это создает уникальные репертуары NK-клеток, увеличивая специфичность , с которой NK-клетки распознают инфицированные вирусом и трансформированные собственные клетки. ^[23] Экспрессия рецепторов KIR определяется в первую очередь генетическими факторами, но недавние исследования показали, что эпигенетические механизмы также играют роль в экспрессии рецепторов KIR. ^[23] Активирующие и ингибирующие рецепторы KIR, которые распознают одну и ту же молекулу MHC класса I, в основном не экспрессируются одной и той же NK-клеткой. ^[23] Этот паттерн экспрессии полезен тем, что клетки-мишени, в которых отсутствуют ингибирующие молекулы MHC, но экспрессируются активирующие молекулы MHC, чрезвычайно чувствительны к цитолизу. ^[23]

Хотя начальная экспрессия ингибирующих и активирующих рецепторов на NK-клетках, по-видимому, является стохастической, существует процесс обучения, основанный на аллелях MHC класса I, экспрессируемых хозяином, который определяет окончательный репертуар экспрессии рецепторов NK. ^{[23] [12]} Этот процесс обучения не очень хорошо изучен. ^[23] Различные гены рецепторов экспрессируются в первую очередь независимо от других генов рецепторов, что подтверждает идею о том, что начальная экспрессия рецепторов является стохастической. ^[23] Однако рецепторы не экспрессируются полностью независимо друг от друга, что подтверждает идею о том, что существует процесс обучения, который снижает количество случайности, связанной с экспрессией рецепторов. Кроме того, как только ген рецептора NK активируется в клетке, его экспрессия сохраняется в течение многих поколений клеток. ^{[12] [23]} Похоже, что некоторая часть NK-клеток является незрелой в плане развития и, следовательно, лишена ингибирующих рецепторов, что делает их гипочувствительными к клеткам-мишеням. ^[23] В печени плода человека рецепторы KIR и CD49 уже экспрессируются NK-клетками, что указывает на то, что по крайней мере некоторые рецепторы KIR присутствуют в фетальных NK-клетках, хотя для подтверждения этой идеи необходимы дополнительные исследования. ^[23] Хотя индукция экспрессии рецепторов NK до конца не изучена, одно исследование показало, что клетки-предшественники человека, культивируемые in vitro с цитокинами, развились в NK-клетки, и многие из этих клеток экспрессировали рецепторы CD94/NKG2A, рецептор CTLR. ^[23] Более того, в этих клетках экспрессия рецепторов KIR была незначительной или отсутствовала, поэтому для индукции KIR явно требуются дополнительные сигналы. ^[23]

Баланс между эффективной защитой и аутотолерантностью важен для функционирования NK-клеток. Считается, что аутотолерантность NK-клеток регулируется образовательным процессом экспрессии рецепторов, описанным выше, хотя точный механизм неизвестен. ^[23] Гипотеза «по крайней мере одна» является привлекательной, хотя еще не полностью обоснованной, гипотезой, которая пытается объяснить способ, которым аутотолерантность регулируется в процессе обучения. Эта гипотеза утверждает, что репертуар NK-клеток регулируется таким образом, что по крайней мере один ингибирующий рецептор (либо из суперсемейства IgSF, либо CTLR) присутствует на каждой NK-клетке, что обеспечивает аутотолерантность. ^[23] Эффективная защита требует противоположного паттерна экспрессии рецепторов. Совместная экспрессия многих рецепторов MHC-специфических клеток NK нежелательна, вероятно, потому, что клетки, которые совместно экспрессируют рецепторы, менее способны атаковать инфицированные вирусом или трансформированные клетки, которые имеют подавленную или утраченную одну молекулу MHC, по сравнению с NK-клетками, которые совместно экспрессируют рецепторы в меньшей степени. ^[23] Таким образом, минимизация совместной экспрессии важна для создания эффективной защиты путем максимизации чувствительности ответа. ^[23]

Кластер генов KIR имеет приблизительно 150 кб и расположен в комплексе лейкоцитарных рецепторов (LRC) на хромосоме человека 19q 13.4. ^{[1] [24] [12]} Гены KIR имеют 9 экзонов, которые тесно связаны с доменами белка рецептора KIR (лидер, D0, D1 и D2, стволовые, трансмембранные и цитозольные домены). ^[20] Кроме того, промоторные области генов KIR имеют более 90% идентичности последовательностей, что указывает на схожую транскрипционную регуляцию генов KIR. ^[20]

Суперсемейство иммуноглобулин-подобных рецепторов человеческих клеток-киллеров (которые имеют 35–50% идентичности последовательностей и ту же укладку, что и KIR) включает иммуноглобулин-подобные транскрипты (ILT, также известные как лейкоцитарные иммуноглобулин-подобные рецепторы (LIR)), лейкоцитарно-ассоциированные Ig-подобные рецепторы (LAIR), парные Ig-подобные рецепторы (PIR) и gp49. ^[3] Более того, сообщалось, что было идентифицировано от 12 до 17 рецепторов KIR. ^{[3] [23] [12]} Существовал один предковый ген, из которого все существующие гены рецепторов KIR возникли посредством дупликаций, рекомбинаций и мутаций, и все рецепторы KIR имеют более 90% идентичности последовательностей. ^[20]

• два домена, длинный цитоплазматический хвост: KIR2DL1 , KIR2DL2, KIR2DL3 , KIR2DL4 , KIR2DL5A, KIR2DL5B,
• два домена, короткий цитоплазматический хвост: KIR2DS1 , KIR2DS2, KIR2DS3, KIR2DS4 , KIR2DS5
• три домена, длинный цитоплазматический хвост: KIR3DL1 , KIR3DL2 , KIR3DL3
• три домена, короткий цитоплазматический хвост: KIR3DS1

Рецепторы NK-клеток связываются непосредственно с молекулами MHC класса I на поверхности клеток-мишеней. ^[23] Иммуноглобулин-подобные рецепторы человеческих клеток-киллеров распознают домены α1 и α2 человеческих лейкоцитарных антигенов класса I (HLA-A, -B и –C), которые являются человеческими версиями MHC. ^{[23] [12]} Положение 44 в домене D1 рецепторов KIR и положение 80 в HLA-C важны для специфичности связывания KIR-HLA. ^[12]

Все гены KIR, кроме двух (KIR2DP1 и KIR3DL3), имеют множественные аллели, причем KIR3DL2 и KIR3DL1 имеют наибольшее количество вариаций (12 и 11 соответственно). ^[6] Всего по состоянию на 2012 год было известно 614 нуклеотидных последовательностей KIR, кодирующих 321 отдельный белок KIR. ^[23] Кроме того, ингибирующие рецепторы более полиморфны, чем активирующие рецепторы. ^[23] Подавляющее большинство (69%) замен в последовательности ДНК KIR являются несинонимичными , а 31% являются синонимичными . ^[6] Соотношение несинонимичных и синонимичных замен (dN/dS) больше единицы для каждого KIR и каждого домена KIR, что указывает на то, что происходит позитивный отбор . ^[6] Кроме того, 5'-экзоны, которые кодируют лидерный пептид и Ig-подобные домены, имеют большую долю несинонимичных замен, чем 3'-экзоны, которые кодируют ствол, трансмембранную область и цитоплазматический хвост. [ ^6] Это указывает на то, что более сильный отбор происходит на 5'-экзонах, которые кодируют внеклеточную часть KIR, которая связывается с MHC. ^[6] Таким образом, имеются доказательства сильного отбора на участках связывания лиганда KIR, что согласуется с высокой специфичностью участка связывания лиганда KIR, а также с быстрой эволюцией молекул MHC класса I и вирусов. ^{[6] [23]}

Геномы человека различаются по количеству генов KIR, по пропорции ингибирующих и активирующих генов и по аллельным вариациям каждого гена. ^{[10] [8]} В результате этих полигенных и полиморфных вариаций менее 2% неродственных индивидуумов имеют одинаковый генотип KIR, а этнические популяции имеют в целом разные частоты генотипа KIR. Это невероятное разнообразие, вероятно, отражает давление быстро эволюционирующих вирусов. ^[23] Было классифицировано 30 различных гаплотипов, все из которых можно в целом охарактеризовать как гаплотипы группы A и группы B. ^[23] Гаплотип группы A имеет фиксированный набор генов, которые являются KIR3DL3, 2L3, 2DP1, 2DL1, 3DP1, 2DL4, 3DL1, 2DS4 и 3DL2. ^{[20] [23]} Гаплотипы группы B охватывают все другие гаплотипы и, следовательно, имеют переменный набор генов, включая несколько генов, отсутствующих в группе A, включая KIR2DS1, 2DS2, 2DS3, 2DS5, 2DL2, 2DL5 и 3DS1. ^{[20] [23]} Поскольку группа B имеет как генное, так и аллельное разнообразие (по сравнению с только аллельным разнообразием в группе A), группа B еще более разнообразна, чем группа A. ^[20] Четыре гена KIR (2DL4, 3DL2, 3DL3 и 3DP1) присутствуют почти во всех гаплотипах KIR и, как следствие, известны как каркасные гены. Наследование материнских и отцовских гаплотипов приводит к дальнейшему разнообразию индивидуального генотипа KIR. ^[23]

Группа A имеет только один активирующий рецептор KIR, тогда как группа B содержит много активирующих рецепторов KIR, и в результате носители гаплотипа группы B имеют более сильную реакцию на инфицированные вирусом и трансформированные клетки. ^[23] В результате огромных миграций коренных народов Индии, Австралии и Америки из Африки, активирующие рецепторы KIR стали выгодны для этих популяций, и в результате эти популяции приобрели активирующие рецепторы KIR. ^[23]

Исследование генотипов 989 особей, представляющих восемь различных популяций, выявило 111 различных генотипов KIR . Особи с наиболее частым генотипом, которые составили 27% исследованных особей, являются гомозиготными по гаплотипу группы A. ^[10] Остальные 110 генотипов KIR, обнаруженные в этом исследовании, являются либо гетерозиготами группы A и группы B, либо гомозиготами группы B (которые неотличимы от гетерозигот только по генотипу). 41% (46) выявленных генотипов были обнаружены только у одной особи, и 90% особей имели те же 40 генотипов. ^[5] Очевидно, что существует обширное разнообразие генотипов KIR человека, что обеспечивает быструю эволюцию в ответ на быстро эволюционирующие вирусы.

Генотипы с доминирующим ингибиторным рецептором KIR, вероятно, подвержены инфекциям и репродуктивным расстройствам, но защищают от аутоиммунных заболеваний , тогда как активирующие доминирующие генотипы с доминирующим рецептором KIR, вероятно, подвержены аутоиммунитету, но защищают от вирусной инфекции и рака. ^{[20] [23]} Однако связь между доминирующим ингибиторным и стимулирующим генотипом KIR более сложная, поскольку заболевания столь разнообразны и имеют столь много разных причин, а активация или деактивация иммунной системы может не быть защитной или вредной на каждой стадии заболевания. ^[20] KIR2DS2 или 2DS1, которые являются активирующими рецепторами, тесно связаны с большинством аутоиммунных заболеваний, что логично, поскольку активирующие рецепторы индуцируют сигнальные пути, которые приводят к цитолизу клеток-мишеней. ^{[20] [23]} Другой активирующий рецептор, KIR3DS1, защищает от вирусной инфекции гепатита С, связан с замедлением прогрессирования СПИДа и связан с раком шейки матки , который связан с особым штаммом ВПЧ . ^{[20] [23]} Вероятно, что KIR3DS1 связан с раком шейки матки, несмотря на его стимулирующую природу, поскольку опухоли шейки матки обычно связаны с локализованным воспалением. ^[20]

1-7F9 — это человеческое моноклональное антитело , которое связывается с KIR2DL1 /2L3. ^[25] Очень похожий препарат Лирилумаб предназначен для лечения рака, например лейкемии. ^{[26] [27]}

Рецепторы иммуноглобулиноподобных клеток-киллеров (KIR) изучаются ^{[28] [29] [30]} как альтернативный метод активации в терапии CAR T-клеток . В отличие от традиционного подхода, который использует рецепторы T-клеток, включение KIR в CAR T-клетки направлено на использование цитотоксических свойств и регуляторных функций естественных клеток-киллеров (NK). Этот метод изучается на предмет его потенциала для улучшения нацеливания и уничтожения раковых клеток с целью устранения ограничений, наблюдаемых в современных терапиях CAR T-клеток, таких как нецелевые эффекты и резистентность. Продолжаются исследования ^{[31] [32]} для определения эффективности и безопасности использования активации на основе KIR в лечении CAR T-клеток. ^[33]

• NK-92 , линия естественных клеток-киллеров, не экспрессирующая KIR

• http://www.KIRtyping.info
• Кластер генов KIR, книжная полка NIH, PDF
• киллер+клетка+иммуноглобулин-подобный+рецептор в Национальной медицинской библиотеке США Медицинские предметные рубрики (MeSH)