Рецептор маннозы - Mannose receptor

Рецептор макрофагов маннозы
Идентификаторы
Условное обозначение MMR
Мембранома 56
рецептор маннозы, C тип 1
Идентификаторы
Условное обозначение MRC1
Альт. символы CD206
Ген NCBI 4360
HGNC 7228
OMIM 153618
RefSeq NM_002438
UniProt P22897
Прочие данные
Locus Chr. 10 стр. 13
рецептор маннозы, C тип 2
Идентификаторы
Условное обозначение MRC2
Альт. символы CD280
Ген NCBI 9902
HGNC 16875
RefSeq NM_006039
UniProt Q9UBG0
Прочие данные
Locus Chr. 17 q23

Маннозы рецепторы ( С лоском D ifferentiation 206, CD206 ) является С-типа лектин , прежде всего , присутствует на поверхности макрофагов , незрелые дендритные клетки и печень синусоидальной эндотелиальных клеток, но также экспрессируются на поверхности клеток кожи , такие как человеческие кожные фибробласты и кератиноциты . Это первый член семейства эндоцитарных рецепторов, которое включает Endo180 (CD280) , PLA2R M-типа и DEC-205 (CD205) .

Рецептор распознает концевые остатки маннозы , N- ацетилглюкозамина и фукозы на гликанах, прикрепленных к белкам, обнаруженным на поверхности некоторых микроорганизмов , играя роль как в врожденной, так и в адаптивной иммунной системе . Дополнительные функции включают удаление гликопротеинов из кровотока, включая сульфатированные гликопротеиновые гормоны и гликопротеины, высвобождаемые в ответ на патологические события. Рецептор маннозы непрерывно циркулирует между плазматической мембраной и эндосомными компартментами клатрин- зависимым образом.

Состав

Организация домена

Внеклеточная часть рецептора маннозы содержит N-концевой домен, богатый цистеином, домен фибронектина типа II и 8 доменов узнавания углеводов С-типа.  Далее следует трансмембранная область и короткий цитоплазматический С-концевой хвост.
Доменная организация рецептора маннозы, адаптированная из Introduction to Glycobiology .

Рецептор маннозы представляет собой трансмембранный белок типа I с внеклеточным N-концом и внутриклеточным C-концом . Сначала он синтезируется как неактивный предшественник, но протеолитически расщепляется до активной формы в аппарате Гольджи . Внеклеточная часть рецептора состоит из 8 последовательных доменов узнавания углеводов (CRD) C-типа, ближайших к плазматической мембране, за которыми следуют один повторяющийся домен фибронектина типа II и N-концевой домен, богатый цистеином . Цитоплазматический хвост не способен передавать сигнал изолированно, так как он лишен соответствующих сигнальных мотивов.

N-концевой домен, богатый цистеином

N-концевой цистеин-богатый домен является гомологичным к рицина В - цепи и связывается с сульфатированных остатков сахаров, в частности , с высоким сродством к N -Acetylgalactosamine и галактозы остатков сульфатированных в положениях 3 и 4 из их пиранозных колец.

Другие лиганды включают хондроитинсульфаты A и B, а также сульфатированные структуры Льюиса x и Льюиса a . Рецептор маннозы - единственный член семейства, в котором этот домен является функциональным.

Pymol изображение N-концевого богатого цистеином домена рецептора маннозы, связанного с его сульфатированным лигандом N-ацетилгалактозамина.  Сульфатированный лиганд плотно входит в карман на поверхности богатого цистеином домена.
N-концевой богатый цистеином домен рецептора маннозы (розовый) связывается с его сульфатированным N- ацетилгалактозаминовым лигандом (голубой). Идентификатор PBD: 1DQO

Повторяющийся домен фибронектина типа II

Повторяющийся домен фибронектина типа II является консервативным среди всех членов семейства рецепторов маннозы. Коллагены I-IV связываются с этой областью с высоким сродством, в то время как коллаген V связывается только слабо. Через этот домен рецептор маннозы усваивает коллаген в макрофагах и синусоидальных клетках печени , независимо от лектиновой активности рецептора. Наряду с N-концевым доменом, богатым цистеином, этот домен является наиболее консервативным среди мышей и людей (92%).

Домены узнавания углеводов C-типа (CRD)

8 тандемных CRD во внеклеточной области рецептора маннозы имеют только 30% гомологии друг с другом. Каждый из них содержит по крайней мере некоторые из аминокислотных остатков, необходимых для связывания Ca 2+ и лиганда, общих для функциональных CRD C-типа. Только CRD 4 и 5 содержат все остатки, необходимые для связывания сахара, образуя устойчивое к протеазам лиганд-связывающее ядро. Наиболее распространенным лигандом являются концевые остатки маннозы, но также связываются N- ацетилглюкозамин и фукоза.

Основное взаимодействие между CRD-4 и его сахарным лигандом происходит через прямое лигирование с консервативным Ca 2+ в сайте связывания сахара аналогично механизму связывания маннан-связывающего лектина (MBL). Однако четверть свободной энергии связывания сахара связана с взаимодействиями гидрофобного стэкинга, образованными между одной стороной сахарного кольца и боковой цепью консервативного остатка тирозина в сайте связывания, что не наблюдается в MBL. Несмотря на сходство связывания маннозы между рецептором маннозы и MBL, эти различия предполагают, что связывание маннозы рецептором маннозы развивалось отдельно от связывания других лектинов С-типа.

По отдельности CRD связывают маннозу со слабым сродством. Считается, что связывание с высоким сродством является результатом кластеризации нескольких CRD. Эта кластеризация позволяет связывать поливалентные разветвленные лиганды, такие как высокоманнозные N-связанные олигосахариды .

Конформация

Было высказано предположение, что рецептор маннозы может существовать по крайней мере в двух различных структурных конформациях . Каждый CRD C-типа разделен линкерными областями из 10-20 аминокислот, содержащих ряд остатков пролина , циклическая боковая цепь которых довольно жесткая и способствует конформации, в которой N-концевой домен, богатый цистеином, простирается настолько далеко. от плазматической мембраны, насколько это возможно.

Альтернативно, взаимодействия между соседними CRD могут удерживать их в непосредственной близости друг от друга и вызывать изгиб внеклеточной области рецептора, приводя N-концевой домен, богатый цистеином, в тесный контакт с CRD. Это позволит расположить CRD 4 и 5 дальше всего от мембраны, чтобы максимально увеличить их взаимодействие с потенциальными лигандами. Устойчивость к протеолизу, показанная CRD 4 и 5, предполагает, что физические взаимодействия между двумя доменами действительно происходят, тем самым подтверждая существование этой U-образной конформации.

Считается, что переходы между этими двумя конформациями происходят в зависимости от pH, регулируя селективность и высвобождение лиганда во время эндоцитоза. Считается, что более низкий, более кислый рН ранних эндосом отвечает за высвобождение лиганда.

Протеолитический процессинг

Функциональная растворимая форма рецептора маннозы продуцируется протеолитическим расщеплением мембраносвязанной формы металлопротеазами, обнаруженными во внеклеточной среде.

Растворимый белок состоит из всей внеклеточной области рецептора и может участвовать в транспортировке маннозилированных белков от участков воспаления . Было показано, что отделение рецептора маннозы от макрофагов усиливается при распознавании грибковых патогенов, таких как Candida albicans и Aspergillus fumigatus , что предполагает, что растворимая форма может играть роль в распознавании грибковых патогенов. Таким образом, баланс между мембраносвязанным и растворимым рецептором маннозы может повлиять на нацеливание грибковых патогенов в ходе инфекции.

Гликозилирование

Рецептор маннозы сильно гликозилирован, и его сайты N-связанного гликозилирования высоко консервативны между мышами и людьми, что указывает на важную роль этой посттрансляционной модификации . Присутствие остатков сиаловой кислоты на N-связанных гликанах рецептора маннозы важно для его роли в связывании как сульфатированных, так и маннозилированных гликопротеинов. Сиалирование регулирует мультимеризацию рецептора, которая, как известно, влияет на связывание с сульфатированными гликопротеинами. Также известно, что концевые остатки сиаловой кислоты необходимы для связывания с маннозилированными гликанами. Отсутствие сиаловой кислоты снижает способность рецепторов связывать и интернализовать маннозилированные гликаны, но не влияет на их локализацию на плазматической мембране или на его эндоцитарную активность.

Функция

Фагоцитоз возбудителей болезней

Ряд патогенных микроорганизмов, включая C. albicans , Pneumocystis carinii и Leishmania donovani, демонстрируют на своей поверхности гликаны с концевыми остатками маннозы, которые распознаются CRD C-типа рецептора маннозы, тем самым действуя как маркер чужого. После распознавания рецептор интернализует связанный патоген и транспортирует его в лизосомы для деградации через фагоцитарный путь . Таким образом, рецептор маннозы действует как рецептор распознавания образов . Присутствие мотива диароматической последовательности FENTLY (Phe-Glu-Asn-Thr-Leu-Tyr) в цитоплазматическом хвосте рецептора жизненно важно для его клатрин-опосредованной интернализации. Это подтверждается данными о том, что клетки Cos-1, трансфицированные рецептором маннозы, лишенным его C-концевого хвоста, неспособны эндоцитозировать C. albicans и P. carinii .

Удивительно, но мыши с нокаутом рецептора маннозы не проявляют повышенной восприимчивости к инфекции, что позволяет предположить, что рецептор не важен для фагоцитоза. Однако от его участия нельзя отказаться, поскольку другие механизмы могут компенсировать это. Например, инфицирование мышей с нокаутом P. carinii привело к увеличению рекрутирования макрофагов в место заражения. Кроме того, другие рецепторы, присутствующие на поверхности фагоцитарных клеток, такие как DC-SIGN , SIGNR1 и Endo180, проявляют аналогичную способность связывания лиганда с рецептором маннозы, и поэтому вполне вероятно, что в его отсутствие эти белки способны компенсировать и индуцировать фагоцитоз. .

Считается, что способность рецептора маннозы способствовать интернализации патогенов способствует инфицированию Mycobacterium tuberculosis и Mycobacterium leprae . Эти бактерии обитают и размножаются в макрофагах, предотвращая образование фаголизосом во избежание деградации. Следовательно, опосредуя их вход в макрофаг, блокирование рецептора маннозы помогает этим патогенам инфицироваться и расти в своей клетке-мишени.

Клатрин-опосредованный эндоцитоз

Области CRD рецептора маннозы на синусоидальных эндотелиальных клетках печени удаляют ряд отходов, начиная от растворимых макромолекул до крупных твердых частиц. К ним относятся лизосомальные ферменты, α-цепи коллагена, С-концевые пропептиды проколлагенов I типа и тканевый активатор плазминогена. Исследования связывания показывают, что каждая синусоидальная эндотелиальная клетка печени экспрессирует поверхностный пул из 20 000-25 000 рецепторов маннозы. Рецептор маннозы на синусоидальной эндотелиальной клетке печени представляет собой быстро рециркулирующий рецептор с Ке (константа скорости эндоцитоза) 4,12 мин-1, что соответствует периоду полураспада 10 с для поверхностного пула комплексов рецептор-лиганд.

В отличие от макрофагов, которые используют рецепторы маннозы для фагоцитоза твердых частиц> 200 нм, рецептор маннозы на синусоидальных эндотелиальных клетках печени опосредует клатрин-опосредованный эндоцитоз макромолекул и наночастиц <200 нм.

Презентация антигена

Рецептор маннозы также может играть роль в захвате и презентации антигена незрелыми дендритными клетками в адаптивной иммунной системе. После связывания с рецептором маннозилированные антигены интернализуются и транспортируются в эндоцитарные компартменты внутри клетки для загрузки на молекулы главного комплекса гистосовместимости (MHC) или другие родственные молекулы, представляющие антиген. Косвенным примером этого является процессинг липоарабиноманнана гликолипидного антигена , полученного из микобактерий . Липоарабиноманнан (LAM) представлен Т-клеткам в комплексе с CD1b, но также способен связываться с рецептором маннозы. Поскольку присутствие маннана , альтернативного лиганда, ингибирует LAM-зависимую пролиферацию Т-клеток, предполагается, что рецептор связывает внеклеточный LAM, интернализует его и затем транспортирует в эндоцитарные везикулы для загрузки на CD1b.

Зрелые дендритные клетки и макрофаги по-другому используют рецептор маннозы для презентации антигена. Расщепленный растворимый рецептор связывается с циркулирующими антигенами и направляет их к эффекторным клеткам в лимфоидных органах через свой богатый цистеином домен, тем самым активируя адаптивную иммунную систему.

Внутриклеточная передача сигналов

Цитоплазматический хвост рецептора маннозы не содержит каких-либо сигнальных мотивов, однако рецептор оказался важным для продукции как провоспалительных цитокинов , так и противовоспалительных цитокинов , что указывает на более пассивную роль рецептора в фагоцитозе патогенов. Это предполагает, что рецептору маннозы помогают другие рецепторы клеточной поверхности, чтобы запустить сигнальный каскад. Например, было показано, что клетки HEK 293, котрансфицированные человеческим рецептором маннозы и кДНК человеческого Toll-подобного рецептора 2 , способны секретировать IL-8 в ответ на инфекцию P. carinii , тогда как клетки , трансфицированные одним из рецепторов, не могут . Возможно, что два рецептора образуют комплекс на поверхности клетки, который облегчает передачу сигнала при заражении патогенами.

Разрешение воспаления

Другая ключевая роль рецептора маннозы - регулирование уровней молекул, попадающих в кровоток во время воспалительной реакции. В ответ на патологические события высвобождаются гликопротеины, включая лизосомальные гидролазы , тканевый активатор плазминогена и миелопероксидазу нейтрофилов , чтобы помочь бороться с любыми вторгающимися микроорганизмами. Как только угроза утихнет, эти гликопротеины могут повредить ткани хозяина, поэтому их уровень в кровотоке должен строго контролироваться.

Олигосахариды с высоким содержанием маннозы, присутствующие на поверхности этих гликопротеинов, указывают на их временную природу, поскольку в конечном итоге они распознаются рецептором маннозы и удаляются из кровотока. Мыши с нокаутом рецептора маннозы менее способны очищать эти белки и демонстрируют повышенные концентрации ряда лизосомальных гидролаз в крови.

В соответствии с этой функцией рецептор маннозы экспрессируется на низких уровнях во время воспаления и на высоких уровнях во время разрешения воспаления, чтобы обеспечить удаление воспалительных агентов из кровотока только в подходящее время.

Клиренс гликопротеиновых гормонов

N-концевой домен рецептора маннозы, богатый цистеином, играет важную роль в распознавании сульфатированных гликопротеиновых гормонов и их удалении из кровотока.

Гликопротеиновые гормоны, такие как лутропин , который запускает высвобождение яйцеклетки во время овуляции , должны стимулировать свои рецепторы импульсами, чтобы избежать десенсибилизации рецепторов . Гликаны на своей поверхности покрыты сульфатированным N- ацетилгалактозамином (GalNAc), что делает их лигандами для богатого цистеином домена гомологии рицина рецептора маннозы. Этот тег обеспечивает цикл высвобождения, стимуляции и удаления из кровотока.

Нокаут-мыши, у которых отсутствует фермент, необходимый для добавления кэпирующей структуры сульфатированного GalNAc, демонстрируют более длительный период полураспада лутропина, что приводит к повышенной активации рецепторов и продукции эстрогена . Самки мышей с нокаутом достигают половой зрелости быстрее, чем их коллеги дикого типа, имеют более длительный цикл эструса и производят больше пометов. Таким образом, сульфатированная метка GalNAc очень важна для регулирования сывороточных концентраций определенных гликопротеиновых гормонов.

Типы

Люди экспрессируют два типа рецепторов маннозы, каждый из которых кодируется собственным геном:

Ген Протеин Альтернативные названия
MRC1 Рецептор маннозы макрофагов 1 Рецептор маннозы С-типа 1,
член D семейства лектиновых доменов С-типа 13 (CLEC13D),
CD206, MMR
MRC2 Рецептор маннозы макрофагов 2 Рецептор маннозы С-типа 2,
белок, ассоциированный с рецептором активатора плазминогена урокиназного типа,
CD280

Приложения для здоровья и болезней

Свойства селективной интернализации рецептора маннозы указывают на ряд потенциальных применений для здоровья и болезней. Манипулируя гликозилированием важных биоактивных белков до высокоманнозилированного состояния, их сывороточные уровни можно жестко регулировать, и они могут быть нацелены конкретно на клетки, экспрессирующие рецептор маннозы. Также существует возможность использования рецептора маннозы в качестве мишени для улучшенной активации макрофагов и презентации антигена.

MRC2 / Endo180 взаимодействует с Basigin / CD147 через его четвертую C-тип лектин домена с образованием молекулярного эпителиально-мезенхимальных переходом подавителя комплекс , который , если нарушена приводит к индукции инвазивной простаты эпителиальных клеток поведения , связанному с плохим раком простаты выживанием. Повышенная жесткость базальной мембраны из-за ее гликирования также может запускать Endo180- зависимую инвазию эпителиальных клеток простаты, и этот биомеханический механизм связан с плохой выживаемостью при раке простаты . Было высказано предположение, что стабилизация комплекса супрессора эпителиально-мезенхимального перехода Endo180-CD147 и нацеливание на некомплексную форму Endo180 в инвазивных клетках может иметь терапевтический эффект в предотвращении прогрессирования рака и метастазирования .

использованная литература

внешние ссылки