Передача сигнала и иммунный ответ

Между возбуждением рецептора и активацией генов иммунного ответа происходит трансдукция - передача сигнала, в ходе которой он многократно умножается. Процесс осуществляется сигнальными системами (как правило, общими для всех клеток), участвующими в регуляции разных сторон жизнедеятельности организма. Некоторые сигнальные системы функционируют в зараженных и больных клетках и тканях. цветок лобелия ампельная

Например, инфекция растений и животных часто сопровождается окислительным взрывом, вызванным появлением активных форм кислорода (перекиси водорода, гидроксид-радикала, анион-радикала). В этом процессе важную роль играет NADPH-оксидазная система цитоплазматической мембраны. У растений она аналогична таковой у макрофагов и нейтрофилов млекопитающих. Иммунные сыворотки к ключевым компонентам NADPH-оксидазного комплекса животных взаимодействуют с растительными белками соответствующего размера. Клонированы гены риса, гомологичные гену мембранного белкового компонента NADPH-оксидазной системы нейтрофилов животных. В клетках растений активные формы кислорода образуются также с участием пероксидазы клеточной стенки и оксалатоксидазы. Эти альтернативные пути появления активного кислорода не подавляются специфическими ингибиторами окислительного взрыва у животных.

Предполагают, что активные формы кислорода не только высокотоксичные соединения, способные локализовать инфекцию, но и участники сигнальной системы: супероксид-анион и перекись водорода активируют транскрипцию и, как следствие, экспрессию защитных генов.

Активным компонентом в сигнальной системе служит салициловая кислота, ее концентрация многократно повышается не только в местах инфицирования, но и в удаленных тканях. Поскольку салициловая кислота подавляет активность фермента каталазы, разлагающей перекись водорода, количество последней еще более возрастает. Не менее важна роль салициловой кислоты и ее ацетилированной формы (аспирина) в регуляции защитных реакций у позвоночных животных. В этом случае она блокирует синтез простагландинов и активность гена фактора некроза опухолей (ФНО), ограничивает продукцию интерлейкина 1, осуществляя тем самым противовоспалительное и жаропонижающее действие.

Одна из важных сторон присутствия в клетке активных форм кислорода - индукция клеточной гибели или апоптоза. Показано, например, что трансгенные растения табака, у которых подавлен синтез ферментов, разлагающих перекись водорода, гиперчувствительны к патогенам. У таких растений даже низкие дозы патогенов, не влияющих на контрольные растения, вызывают реакцию сверхчувствительности.

Работы последних лет выявили много общего между апоптозом у животных и растений при реакции сверхчувствительности. В клетках зараженных растений освобождаются свободные 3'-концы ДНК, активируется Са2+-зависимая эндонуклеаза, появляются фрагменты ДНК размером около 50 тыс. оснований, а также олигонуклеосомные фрагменты. Для модельных систем показано, что такие фрагменты образуются только в несовместимых комбинациях растение-патоген. Кроме того, обнаружены остаточные апоптозные тельца, мигрирующие к периферии клетки. Токсин томатного патогена вызывает апоптоз и в клетках животных. В системе фасоль-ржавчина 3'-олигонуклеосомные фрагменты найдены только в клетках, содержащих выросты мицелия гриба (гаустории), что указывает на высокую специфичность процесса.

Морфологические изменения растительных клеток в апоптозе также сходны с таковыми у животных: резко уменьшается размер клетки, цитоплазматическая мембрана приобретает складчатость, ядро конденсируется и дробится, митохондрии набухают, протопласт отделяется от клеточной стенки и распадается на отдельные везикулы, подобные апоптозным тельцам. У животных апоптозные везикулы поглощаются соседними или специализированными клетками, у растений же фагоцитозу препятствует клеточная стенка. При сверхчувствительной реакции вокруг очага поражения образуется перидерма, поскольку здоровые клетки приобретают меристематическую активность. Вероятно, в апоптозе растений участвуют хлоропласты, как и митохондрии у животных.

Индукторами апоптоза у животных и растений могут быть одни и те же иммуномодуляторы микроорганизмов. Внешний стимул в животных клетках активирует цистеиновую протеазу - каспазу, которая расщепляет многие внутриклеточные белки, вызывая конденсацию цитоплазмы и фрагментацию ДНК. Многие растительные R-белки имеют участки, гомологичные регуляторам апоптоза у животных. Возможно, и функционально участки R-белков сходны с регуляторами апоптоза у животных.

* * *

Благодаря молекулярным исследованиям стало ясно, что в процессах, обеспечивающих жизнедеятельность клетки и ее взаимодействие с окружающей средой, между простейшими эвкариотами, дрожжами, и венцом творения, человеком, гораздо больше общего, чем специфического. Поэтому не удивительно наличие общих механизмов в защите от инфекционных болезней. Переход от примитивных механизмов иммунитета у растений к совершенным, присущим позвоночным животным, заключается, видимо, в разделении функций.