http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/ency/images/ency/fullsize/9123.jpg
SHIP-1 omaa osuutta tässä makrofagien ohjelmoinnissa ja aktivoinnissa. Tämä on erikoisen kiinnostava, koska tässä mainitaan kriittisistä inositolijärjestelmän molekyyleistä.
PIP3 ja IP4 sekä entsyymistä PI3K.
http://www.biochemsoctrans.org/bst/031/0286/bst0310286f01.gif
LÄHDE: M.J. Rauh, L.M. Sly et al The role of SHIP1 in macrophage programming and activation Biochemical Society Transactions (2004) 32, (785–788)
Avainsanoja:
endotoksiinitoleranssi, endotoxin tolerance,
M1/M2 macrophages,
luuytimen mastsolut BMMCs, bone-marrow mast cells
luuytimestä peräisin olevat makrofagit BMmFs, bone-marrow-derived macrophages;
Indusoituva typpioksidin syntaasi, iNOS, inducible nitric oxide synthase;
Lipopolysakkaridi, LPS, lipopolysaccharide;
LBP on lipopolysakkaridia sitova proteiini, LBP, LPS-binding protein;
Tumatekijä NF-kB, nuclear factor kB;
Luonnolliset tappajasolut, NK, natural killer;
PH, pleckstrin homology;
PI3K, fosfoinositidi-3 kinaasi, phosphoinositide 3-kinase;
PTB. fosfotyrosiinia sitova domaani, PTB domain, phosphotyrosine-binding domain;
PTEN, tuumorisuppressori, fosfataasi ja tensiinihomologi deletoitu kr. 10.ssä phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome 10;
SH2 domaani, SH2 domain, Src homology 2 domain;
SHIP-1, SH2-domaanin sisältävä inositoli 5´fosfataasi-1, Src homology 2-containing inositol 5´-phosphatase 1;
TGF, Transformoiva kasvutekijä, transforming growth factor.
PIP3, PtdIns(3,4,5)P3
PIP2 tyyppi PtdIns(3,4)P2.
PIP2 tyyppi PtdIns (4,5)P2
SHIP-1 entsyymi
SHIP-1 on SH2-sisältävä inositoli-5´fosfataasi-1. Se toimii hematopoieettisen solun proliferaation , solun hengissäselviämisen ja päätesolun aktivaation negatiivisena säätelijänä. Se toimii siinä roolissa ainakin osittain siten, että se translokoituu kalvoihin solujen ulkopuolisesta stimuloitumisesta ja että se hydrolysoi PI3Kentsyymin muodostaman sekundäärilähettimolekyylin PIP3, josta tule PIP2, tyyppiä PI-3,4-P2)
(KOMMENTTI: Siis ei sitä tyyppiä, josta voisi kehittyä energiaa IP3 tietä, sillä sellainen PIP2 omaa fosfaatit 4,5 asemissa) )
Poistogeeninen hiiri SHIP-1-/-
Jos tama SHIP-1 entsyymi puuttuu, koe-eläimelle kehittyy kohonnut määrä neutrofiileja ja monosyyttejä/makrofageja, koska niiden progeniittorisolulle tulee lisääntynyt hengissäpysymiskyky ja proliferoitumiskyky.
Tällaiset hiiret kärsivät myös osteoporoosista, koska niissä esiintyy lisääntynyt määrä hyperaktiivisia osteoklasteja ( luuta syöviä soluja) ja merkitsevä keuhkojen neutrofiili-infiltraatio. Mielenkiintoista tutkijoista oli myös se, että poistogeeninen hiiri ei ilmentänyt endotoksiinitoleranssia.
Samalla tavalla loogisesti tutkijat havaitsivat lipopolysakkarideilla indusoitunutta endotoksiinitoleranssia sellaisilla koe-eläimillä, joissa SHIP-1 entsyymi taas oli ylössäätynyt Autokriinisesti toimiva TGF-b tuottui luuytimestä peräisin olevissa makrofageissa ja mastsoluissa.
SHIP-1 poistogeenisellä koe-eläimellä: peritoneaaliset ja alveolaariset makrofagit tuottivat 10 kertaa vähemmän typpioksidia NO, kuin normaalityypin makrofagit, koska näissä in vivo kehittyneissä makrofageissa on hyvin korkeat arginaasi-I pitoisuudet ja tämä entsyymi kilpailee indusoituvan typpioksidisyntaasin (iNOS) kanssa substraatista, aminohaposta L-arginiini.
Mahdollisesti sen takia, että poistogeenississa (SHIP-1-/-) hiirissä oli kroonisesti koholla olevat PIP3 tasot myeloisissa progeniittorisoluissa, niillä esiintyy viistoutuvat makrofagien muodostumiskäyrät, viistoutuminen tapahtuu M1-tyypin makrofageista ( tappaja, killer ) poispäin kohti M2 tyypin ( siivooja-,korjaaja-, healing) makrofageja .
M1 tyypin tappajamakrofageilla on korkea pitoisuus iNOS entsyymiä ja ne tuottavat NO, jolla ne voivat tappaa mikro-organismeja ja tuumorisoluja.
M2-tyypin korjaavilla makrofageilla on korkea pitoisuus arginaasi-entsyymiä ja se tuottaa ornitiini-aminohappoa, mikä edistää isäntäsolun kasvua ja kollageenin muodostusta.
Tämä viistoutuma ilmeisesti tapahtuut jota voidaan välttää septistä shokkia ja se viittaa , että PI3K-entsyymin tie omaa kriittisen osan makrofagien programmoimisessa.
JOHDANTO .
Fosfoinositolijärjestelmän PIP3 kalvolipidimuoto on tärkeä
PI3K entsyymitie omaa keskeisen säätelevän osan monissa biologisissa tapahtumissa ja sekundäärisenä avainosaa esittävänä välittäjäaineena toimii PIP3, joka on akennetta PI-3,4,5-P3.
PI(4,5)P2 fosfolipidi ja PI3K entsyymi. Tulos on PIP3 fosfolipidi.
Normaalisti lepäävissä soluissa esiintyy vain matalat tasot tätä PIP3 fosfolipidimuotoa. Mutta sitä voi syntetisoitua nopeasti PIP2 muodosta(PI-4,5-P2) käsin PI3K entsyymillä, joka siis rakentaa yhden fosfaatin lisää. 3- asemaan. Tämä tapahtuu vasteena solun ulkopuolelta tuleviin stimuluksiin ja attrahoi eräitä proteiineja solukalvoon välittämään efektejä. Näitä sanotaan PH-sisältäviksi proteiineiksi. (PH ,pleckstrin homology).
Jotta tämä (strateginen ja kriittinen) tie pysyisi kunnossa, asiaa varmistaa tuumorisuppressori PTEN. Mitä se pystyy tekemän?
PIP3 fosfolipidi ja PTEN tuottaa takaisin PI-4,5-P2 muotoa.
PTEN pystyy hajoitamaan tuon PIP3-muodon takaisin PIP2-muotoon, jota voidaan hyödyntää hyvin ( esim solun kehittämässä energiassa, DAG, IP3 tietä) , siis tärkeään PI-4,5-P2 muotoon takaisin. Mutta mitä sen sijaan tekee eräs toinen entsyymi?
PIP3 fosfolipidi ja SHIP1 tuottaa PI-3,4-P2 fosfolipidiä.
Hematopoieesille spesifinen SHIP-1, jossa nyt on inositolin 5´fosfataasi, pilkkoo PIP3 molekyyliä siten, että jättää 3-aseman fosfaatin ja saa aikaan PIP2, joka on rakennetta PI-3,4-P2.
Bakteeri-infektio. LPS materia
Nyt sitten tutkijat katsovat mitä tämä kaikki merktisee bakteeriaineksen LPS indusoimalle aktivaatiolle ja makrofagien ohjelmoitumiselle.
In this review, we will concentrate on the role that SHIP plays in LPS (lipopolysacharide)-induced activation and in macrophage programming.
SHIP-1:n ominaisuuksia
Kokopitkä entsyymi SHIP1 on 145 kilodaltonin proteiini ja se tulee sekä tyrosiinifosforyloiduksi( kuten Src-perhe) että se assosioituu adaptoriproteiinin Shc hematopoieettisissa soluissa, kun on ollut altistuma sarjalle extrsellulaarisia stimuluksia. Mitä nämä stimulukset voivat olla? Ne ovat sytokiineja, kasvutekijöitä, vasta-aineita, kemokiineja, integriiniligandeja ja hypertoninen sekä oksidatiivinen stressi.
http://www.biochemsoctrans.org/bst/032/0785/bst0320785f01.htm?resolution=HIGH
Kokopitkä entsyymi omaa N-terminaalissa SH2-domaanin, joka sitoutuu ensisijaisesti sekvenssiin pYX , keskisesti sijaitsevassa PI-fosfataasi-domaanissa joka hajoittaa PIP3 molekyylin 5-aseman fosfaatin irti ja myös IP4 molekyylin 5-aseman fosfaatin irti.
ja sitoutuu myös kahteen sekvenssiin NPXY, jotka tyrosiinin fosforyloitumisen jälkeen sitovat proteiinia PTB-domaanilla
Lisäksi entsyymillä on proliinirikas C-terminaali, joka sitoo erästä SH3-alaryhmä sisältävää proteiinia.
Vaikka SHIP1 rajoittuu hematopoieettisiin soluihin, niin tässä aitiossaan se vaihtelee proteiinipitoisuudeltaan huomattavasti.
Esimerkisi SHIP1 katoaa erytropoieesin aikana erytroideista soluista niiden tultua Tyr119 fosforyloiduksi.
Päinvastoin SHIP1 lisääntyy huomattavasti T-imusolutyypissä sen kypsyessä ja silloin kun imusolutyyppi B, joka on lepotilassa, alkaa aktivoitua.
SHIP-1 näyttää olevan läsnä myös kypsissä jyväisissä valkosoluissa, monosyytti/makrofageissa, mastsoluissa ja verihiutaleissa.
Lisäksi on huomattu, että kokopitkä SHIP-1 omaa kaksi alternatiivista esiinpilkkoutumismuotoa ja niiden pitoisuudet tekevät myös vaihtumisia hematopoieesin aikana.
sSHIP ja alkion kantasolu ES.
Tämän kokopitkän SHIP1 ja sen kahden alternatiivisen muodon lisäksi, on äskettäin identifioitu 104 kilodaltonin sSHIP. Tämä sSHIP on taas ainoa SHIP1 muoto, joka esiintyy alkion kantasolussa ( ES, embryonic stam cell) ja sitä esiintyy samaan aikaan kokopitkän SHIP-1 kanssa hematopoieettisissa kantasolusisa. Kummassakin tapauksessa se katoaa differentiaatiossa.
sSHIP mRNA transkriboituu promoottorista intronin sisältä exonien 5 ja 6 välisstä SHIP-1 geenistä ja siten proteiinista puuttuu SH2 domaani, eikä se ole tyrosiinifosforyloitunut eikä se ole liittynyt Shc adaptoriin stimulaation jälkeen.
SHIP-1 poistogeeninen hiiri on kehitelty nykyisin deletoimalla ensimmäinen exoni ja seiten sSHIP ilmenee vielä näissä hiirissä. Tosiasiassa onkin niin, että sSHIP on korkeampipitoinen ja pitkäaikaisempi SHIP1-/- poistogeenisissa hiirissä verrattuna SHIP+/+ embryonaalisiin soluihin, kun niitä on indusoitu differentioitumaan. On sen takia mahdollista, että SHIP-poistogeenisen hiiren fenotyyppi olisi paljon vakavampi, jos sekä sSHIP että kokopitkä SHIP-1 deletoitaisiin.
Minkälainen on SHIP1 poistogeeninen hiiri?
Kuten nykyisin tiedetään kokopitkän SHIP1-entsyymin suhteen poistogeeninen hiiri on vielä elinkykyinen, mutta sen elämänpituus on rajoittunut, se tuottaa liikaa jyväisiä valkosoluja ja makrofageja ja kärsii progressiivisesta splenomegaliasta, extramedullaarisesta hematopoieesissta, keuhkojen massiivista myeloisesta inflitraatiosta , häiriintyneestä NK-tappajasolujen kehittymisestä ja vakavasta osteoporoosista ( koska Pagetin solujen kaltaiset solut , hyperresorptiiviset osteoklastit lisääntyvät lukumäärältään)
Koska monet näistä fenotyypeistä esiintyvät myös PTEN+/- hiirillä , on todennäköistä, että primäärisenä syynä fenotyyppiin SHIP-poistogeenisella hiirellä toimii korkeammat PIP3-pitoisuudet.
Koska näyttää siltä, että SHIP1 entsyymin 5´fosfaatin irrottamisaktiivisuus ei näytä vaikuttuvan extrasellulaarisista stimulaatioista tai niitä seuraavista tyrosiinifosforylaatioista, on oletettu, että SHIP1-välittää inhibitorisia efektejään translokoitumalla PIP3 synteesikohtaan ja ehkä IP4 synteesikohtaan
Tätä tukee vihreällä fluoresoivalla aineella merkatun SHIP1- tutkimus. Se näyttää translokoituvan plasmamembraaniin vasteena stimulaatiolle. Miten SHIP1 translokoituu plasmamembraniin? Tässä on todennäkösieti monia tekijöitä mukana stimuluksista riippuen ja solutyypistä riippuen.
Esim. Se voi käyttää omaa SH2 domaaniaan, jolla se menee FcgRIIB-tekijään, mast-soluun liittyvään antigeeniin MAFA, tai FceRI tekijään mast-soluissa.
http://www.landesbioscience.com/curie/images/chapters/Rosales-Tridandapani.jpg
http://www.lakartidningen.se/store/images/6/6730/large/Fig3.jpg
Tai se voi käyttää Shc- PTB-domaaniaan, jolla se tavoitta IL-3R reseptorin mastsoluissa.
Tai Shc SH2 domaanilla se voi tavoittaa CD16 ( cluster of differentiation) molekyylin NK-soluissa.
On havaittu että SHIP-1 on voinut myös sitoutua sytoskeletoniin. esim trombiinin aiheuttamasta trombosyyttistimulaatiosta voi johtua tyrosiinifosforylaatio ja SHI1 translokaatio aktiinisytoskeletonille, ehkä aktiiniin sitoutuneitten filamiinien kautta.
SHIP1 biologinen rooli
Ainakin SHIP1 vaikuttaa rajoittavan mast-solujen aktivoitumista ja adheesiota fibronektiiniin (suurelta osalta siten, että se rajoittaa ekstrasellulaarista kalsiumin sisäänmenoa ja NF-kB tuman transkriptiotekijän aktivaatiota) ja tiettyihin proteiinikinaasi C isoformeihin rajoittavan B-solujen proliferaatiota, kemotaksista ja aktivaatiota,
rajoittavan trombiinin tai kollageenin indusoimaa verihiutaleitten aktivoitumista,
rajoittavan fibrinogeenin indusoimaa trombosyyttien levittymistä ,
rajoittavan neutrofiilien elossapysymistä,
rajoittavan monosyyttein/makrofagien fagosytoosia
rajoittavan varhaista erytroidin (BFU-E) kolonian muodostusta.
Lisäksi inaktivoivan mutaation blastisolun SHIP1:n katalyyttisessä domaanissa on äskettäin havaittu aiheuttavan akuuttia myelogeenista leukemiaa. Tämä viittaa ehkä siihen, että SHIP1 normaalisti vaikuttaa tuumorin supressorina hemoatopoieettisiin progeniittorisoluihin.
PIP3 hydrolyysi ja ehkä IP4 hydrolyysi
Vaikka suurin osa SHIP1 vaikutuksista tapahtuukin PIP3 hydrolyysitietä, saattaa IP4 hydrolyysi joissain solutyypeissä tapahtua sen avulla. Täten sillä voisi olla vaikutusta korkeampien inositolipolyfosfaatien pitoisuuksiin kuten IP6 ja IP7, joilla taas on osoittautunut olevan essentielli tehtävä mRNA:n kuljetuksessa tumasta sytoplasmaan translaatioon. IP6 ja IP7 taas kilpailevat PIP3:n kanssa PH-sisältävistä proteiineista.
Mielenkiintoista on, että PIP2 ( joka on tyyppiä PI-3,4-P2) saattaa toimia sekundäärilähettinä joissain soluissa attrahoimalla PH:ta sisältäviä proteiineja kuten Bam32 ja TAPP2.
http://www.nature.com/nri/journal/v3/n4/images/nri1056-f2.gif
Jos niin on, niin SHIP1 positogeeninen hiiri, - jossa PIP3 pitoisuus nousee ja PIP2 pitoisuus laskee , on laadullisesti erilainen kuin PTEN-poistogeeninen hiiri, jossa sekä PIP3 että PIP2 pitoisuudet ovat koholla, (molemmat omaavat 3-aseman fosfaatin.)
SHIP1 tarvitaan endotoksiinitoleranssin kehittymiseen
LPS materiaalia sanotaan myös endotoksiiniksi. Se on Gram-negatiivisten bakteerien ulkokuoren materiaalia, glykolipidi. Se triggeröi vahvasti tulehdusta esiin stimuloimalla ihmisen immuunisysteemin soluja tuottamaan erilaisia pro-inflammatorisia molekyylejä ja niitä ovat mm. tulehdusta edistävät sytokiinit ja NO, typpioksidi.
Bakteerin LPS tekee niin sitoutumalla liukoiseen LBP proteiiniin(LPS-materiaalia sitovaan proteiiniin). Tämä kompleksi LBP-LPS sitoutuu molekyyliin CD14 solun pinnalla. Sitten CD14 esittää tätä kompleksia MD2-TLR4 kompleksille ( Tämä TLR4 on Tollin reseptorin kaltainen reseptori 4). Nyt triggeröityy sitten TLR4 dimerisaatio. Dimerisaation jälkeen TLR4:n sytoplasminen osa rekrytoi useita solunsisäisiä adaptoriproteiineja alkamaan signaalikaskadin, joka johtaa proinflammatoristen sytokiinien ja iNOS entsyymin synteesiin ja täten NO muodostukseen. Vaikka nämä LPS:n indusoimat inflammatoriset molekylit ovat välttämättömiä, jota voidaan rajata bakteeerikasvua, niin niitten ylituotto johtaa endotoksiiinishokkiin.
Kuitenkin, jos eläin tai eristetty makrofagi ensin altistuu pienelle, non-letaalille määrälle tätä LPS-materiaalia, siitä indusoituu 2-3 viikossa soluun refraktorinen tilanne toista suurempaa LPS-altistusta kohtaan, esim muodostuu selvästi vähemmän sytokiineja ja NO-radikaalia toisessa altistuksessa ja niin eläin pysyy hengissä. Tätä ilmiötä sanotaan endotoksiinitoleranssiksi. Se ei ole yksinkertaisesti vain yleistä LPS-indusoitujen tapahtumien poissaoloa , koska kerran normaaleja tai jopa kohonneita pitoisuuksia anti-inflammatorisia geenejä alkaa tuottua LPS-stimuloidusta, siedätetystä solusta. Tämän sietokyvyn, toleranssin induktion arvellaan suojaavan isäntäkehoa soluvauriolta ja täten todennäköisesti se edustaa adaptaatiota pinttyneelle bakteeri-infektiolle. Tämän ilmiön taustalla oleva mekanismi ei ole vielä tarkasti selvitetty.
Relevanttia tässä on , että SHIP1 poistogeenisen hiiren luuydinperäiset makrofagit ( BMmFs) ja luuytimen mastsolut(BMMCs) eivät pysty muodostamaan endotoksiinitoleranssia.
Lisäksi alkuvaiheen LPS-materiaalilla käsittely lisää normaaleissa luuydinperäisissä makrofageissa ja mastsoluissa SHIP1-pitoisuuksia. lähes kymmenkertaisiksi ja tällä nousulla näyttää olevan kriittinen merkitys seuraavassa refraktorisuudessa jatkossa tapahtuville LPS-sstimulaatioille. . Tutkijat havaitsivat myös , että tämä SHIP1 proteiinin lisääntyminen välittyi bakteerin LPS materiaalin indusoimasta autokriinisestä TGFb tuotosta.Tämä muistuttaa aikaisemmsita tutkimuksista, jotka ovat osoittaneet , että TGFb ja aktiviini herättävät inhibitorisia vaikutuksia hematopoieettisissa soluissa säätämällä merkitsevästi ylös SHIP-1.
Myös nämä tutkimukset lisäävät sitä ristiriitaisuuksien määrä, mikä koskee PI3K tien osuutta bakteerimateriaalin(LPS) indusoimassa pro-inflammatoristen välittäjäaineitten tuotannossa ja endotoksiinitoleranssissa. Kirjallisuudessa nimittäin pohditaan sitä, onko tämä PI3K-tie näiden tapahtumien positiivinen vai negatiivinen säätelijä
Tämän tutkimuksen kirjoittajat ovat sitä mieltä, että poistogeenisella hiirellä saadut tiedot makrofageista ja mastsoluuista ovat yhtäpitäviä sen faktan kanssa, että PI3K tie olisi LPS-stimuloimien tapahtumien positiivinen säätelijä ja että sen tien alassäätö on essentielli endotoksiinitoleranssille.
Vaikka kirjoittajat olettavat, että SHIP1 omaa kriittistä osuutta edistämässä endotoksiinitoleranssia, on ilmeistä että se ei tee sitä yksin vaan yhteistyössä monien muiden negatiivisten säätelijöitten kanssa. Näihin kuuluu IRAK-M, SOCS1, SOCS3, Twist 1 ja 2, MyD88s, the p50 subunit of NF-kB ja osteopontiini.
http://www.biochemsoctrans.org/bst/032/0785/bst0320785f02.gif
Mutta toisaalta nuo muut molekyylit eivät voi kehkeyttää toleranssia SHIP 1 tekijän puuttuessa, mikä toisaalta taas viitaa siihen, että PIP3 pitoisuuksien lisääntyminen ( kuten SHIP1 tekijän puuttuessa) kohottaa sitä hyporesponsiivisyyden kynnystä muille negatiivisille säätelijätekijöille .
Mikä osa SHIP1:llä on makrofagien ohjelmoinnissa?
Makrofagit voidaan jakaa kahteen alaluokkaan, tappajamakrofagit aktivoituvat klassista tietä (M1, killer ) ja korjaajamakrofagit, M2, healer , aktivoituvat alternatiivisesti.
M1 makrofageille on tyypillistä, että niillä on paljon iNOS entsyymiä ja ne tuottavat paljon NO radikaalia voittamaan bakteeri ja virusinfektioita ja tuhoamaan tuumorisoluja.
M2 makrofagit toisaalta omaavat korkeat arginaasipitoisuudet ja täten myös ottavat L-arginiiniaminohappoa iNOS entsyymin saatavilta. Niillä lie tärkeä osa siivoamisessa sen jälkeen kun infektoiva agenssi on tuhottu ja ne fagosytoivat soludebristä . Sitten ne stimuloivat isäntäsolun proliferaatiota ja kollageenisynteesiä.
- Ne nimittäin tuottivat 10 kertaa vähemmän typpioksidiradikaalia kuin normaalit makrofagit. Mistä tämä johtui? Syy selveni siitä, poistogeeniset makrofagit in vivo olivat fenotyypiltään M2.
Johdonmukaisesti oletuksensa kanssa tutkijat havaitsivat, että he voivat kaksinkertaistaa tuon viistouman käyrässä in vitro lisäämällä hiiren seerumia M-CSF sisältäviin SHIP1-/- poistogeenisiin luuydinviljelmiin ja sallien kypsien makrofagien kehittyä 5-10 päivän ajan Tämä viistouma käyrässä ei tapahtunut wt (normaaleissa) luuydinsoluissa. Nämä tutkimukset osoittavat, että PI3K-tie omaa kriittisen osuuden makrofagien programmoimisessa ja että terapeuttiset PI3K tien manipulaatiot saattaisivat olla edullisia infektioiden ja tulehduksellisten häiriöitten hoidossa.
( This work was supported by the NCI-C, with funds from the Terry Fox Foundation and core support from the BC Cancer Foundation and BC Cancer Agency.
http://www.biochemsoctrans.org/bst/032/0785/bst0320785f03.gif
Inga kommentarer:
Skicka en kommentar