2023 год № 2

Аннотация:

Ключевые слова:

Abstract:

Key words:

Введение

Семейство TLR играет решающую роль в иммунной системе человека. Они представляют собой одно из наиболее хорошо охарактеризованных семейств рецепторов распознавания образов (pattern recognition receptors, PRR), которые функционируют для распознавания собственных и чужих антигенов, обнаружения различных патогенов, связывания врожденного и адаптивного иммунитета, регулирования продукции цитокинов и регулирования пролиферации и выживания клетки-хозяина [1, 2, 3]. Эти рецепторы повсеместно присутствуют на клетках сосудистой стенки и других тканях и, таким образом, принимают участие в инициации воспаления. В клетке имеются различные механизмы ауторегуляции воспалительного процесса. И одним из них является семейство микроРНК, нацеленных на различные типы TLR.

МикроРНК, регулирующие экспрессию TLR

Хорошо известно, что активация путей передачи сигналов TLR необходима клеткам в качестве одного из этапов процесса элиминации инфекционных патогенов. Однако чрезмерная активация этих путей может также нарушать иммунный гомеостаз, приводя к ряду заболеваний, таких как аутоиммунные заболевания, хронические воспалительные или опухолевые заболевания [4, 5, 6]. Поэтому особенно важна точная регуляция TLR-сигнальных путей.

Во все большем числе сообщений утверждается, что специфические эпигенетические процессы, такие как модификации гистонов, метилирование ДНК и изменения в экспрессии некодирующих РНК, могут регулировать транскрипционные ответы TLR [7, 8, 9, 10]. Уже выявлено несколько видов воздействия микроРНК на разновидности TLR.

Механизм трансляционной репрессии, осуществляемой микроРНК, основан на комплементарном связывании их с определенными участками-мишенями мРНК. Поэтому гомологичные участки мРНК соединяются с аналогичными микроРНК родственных видов, что говорит о высокой степени консервативности взаимодействия мРНК с микроРНК [11]. Несмотря на наличие обширных исследований функций микроРНК в разных тканях организма человека, именно в эндотелиальных тканях они исследованы на сегодняшний день недостаточно. Поскольку, как показали R.C. Friedman с соавторами, взаимодействия мРНК с микроРНК консервативны, мы приводим в нашем обзоре исследования регуляции экспрессии TLR, присутствующих на эндотелиоцитах, но по аналогии с другими тканями.

Исследования miR-105 при помощи методов нок-ин и нокдаун выявили обратную зависимость между выработкой TLR2 и присутствием miR-105 в оральных кератиноцитах человека, показывающую, что мРНК TLR2 регулируется miR-105 [12]. Анализ показал, что miR-105 обладает комплементарностью по отношению к мРНК TLR-2. Дальнейшее понимание роли микроРНК в реакциях хозяина может прояснить причины восприимчивости к заболеваниям и способствовать созданию новых противовоспалительных терапевтических средств.

При обследовании пациентов с ревматоидным артритом установлена связь между повышенным количеством TLR2 на мембранах синовиоцитов и снижением в этих клетках miR-19a/b. Введение миметиков miR-19a/b приводило к снижению экспрессии рецептора TLR2 и торможению синтеза провоспалительных молекул. Авторы предполагают, что непосредственной мишенью miR-19a/b является мРНК TLR2 [13, 14].

В исследовании гладкомышечных клеток аорты экспрессия TLR2 подавлялась при сверхэкспрессии miR-143 [15]. Связь между miR-143 и TLR2 была подтверждена в кератиноцитах [16] и клетках колоректальной карциномы человека [17, 18].

Матричная РНК, кодирующая TLR4, регули­руется в разных типах клеток двумя микроРНК - let-7i и let-7e. В макрофагах мыши let-7e является одной из miRNA, индуцируемых передачей сигналов с TLR [19]. После стимуляции липополисахаридами (LPS) повышенное содержание let-7e подавляет экспрессию TLR4, что помогает избежать чрезмерного воспаления и повреждения тканей. Однако в эпителиальных клетках мРНК TLR4 регулируется let-7i. Подавление let-7i увеличивает количество TLR4 на мембране эпителиальных клеток и усиливает воспалительную реакцию в этих клетках [20, 21].

X. He и соавторы сообщают, что желчные эпителиальные клетки человека (холангиоциты) экспрессируют микроРНК семейства let-7 с комплементарностью к мРНК TLR4. Они обнаружили, что инфицирование культивируемых холангиоцитов человека C. parvum приводит к снижению экспрессии let-7i. Снижение экспрессии let-7i приводило к активизации TLR4 в инфицированных клетках и усилению передачи сигналов по NF- B пути.

S. P. O'Hara и соавторы идентифицировали и охарактеризовали полноразмерный первичный транскрипт let-7i. Также их результаты продемонстрировали функциональную роль субъединицы p50 NF- B в модуляции транскрипции let-7i. Анализы иммунопреципитации хроматина показали, что репрессорный комплекс связывается с промотором let-7i после микробного стимула и способствует деацетилированию гистона-H3 [22].

На сигнальный путь TLR4 влияет также miR-146b, непосредственно модулируя экспрессию нескольких элементов NF- B-сигнального пути, включая рецептор TLR4 и ключевые адаптерные и сигнальные белки, такие, как цитозольный адаптерный белок, участвующий в передаче сигнала от толл-подобных рецепторов MyD88, киназа 1, связанная с рецептором интерлейкина-1 (IRAK-1) и фактор 6, связанный с рецептором фактора некроза опухолей (TRAF6) [23].

В другом исследовании [24] показано, что активация сигнального пути комплексом LPS/TLR4 участвует в развитии фиброза печени. Поскольку микроРНК miR-146a-5p является ключевым регулятором врожденного иммунного ответа, внимание исследователей привлекло её функциональное значение во время опосредованного LPS/TLR4 процесса фиброза печени. Обнаружено, что после стимуляции LPS в линии LX2 звездчатых клеток печени человека miR-146a-5p подавлялись, а TLR4 повышались. Сверхэкспрессия miR-146a-5p ингибировала индуцированную LPS секрецию провоспалительных цитокинов за счет снижения уровня экспрессии TLR4, киназы-1, ассоциированной с рецептором интерлекина 1 (IL-1) - IRAK1, фактора 6, ассоциированного с рецептором TNF (TRAF6), и фосфорилирования ядерного фактора-каппа B (NF- B). В совокупности эти результаты позволяют предположить, что miR-146a-5p подавляет секрецию провоспалительных цитокинов и клеточную активацию звездчатых клеток печени человека посредством ингибирования пути TLR4/NF- B и TLR4/TRAF6/JNK [24].

L. Tserel и соавторы идентифицировали miR-511 как новый мощный модулятор иммунного ответа человека. Исследования проводились на дендритных клетках и макрофагах, поскольку miR-511 является одной из наиболее экспрессируемых микроРНК в этих клетках. Эксперименты показали, что нокдаун MiR-511 приводит к активации синтеза TLR4 [25]. Также было выявлено, что в условиях остановки клеточного цикла miR-511, по-видимому, функционирует как позитивный регулятор TLR4.

На сегодняшний день очень мало известно о роли микроРНК-21-5p (miR-21-5p) в инфицированных Mycobacterium tuberculosis макрофагах. Z. Zhao с соавторами показали, что инфицирование Mycobacterium tuberculosis клеток линий RAW264.7 и THP-1 увеличивает экспрессию miR-21-5p. Было обнаружено, что miR-21-5p негативно регулирует экспрессию TLR4, а усиленная экспрессия TLR4 частично ослабляет супрессивное воздействие miR-21-5p на секрецию воспалительных цитокинов в инфицированных микобактерией макрофгах [26].

miR-155 относится к хорошо изученным микроРНК. Доказано ее участие в онкогенезе [27, 28, 29], воспалении [30, 31] и аутоиммунных заболеваниях [33]. Эта микроРНК влияет на функции иммунных клеток на различных уровнях путем воздействия на различные гены, связанные с воспалением, включая TLR.

miR-155 может нацеливаться на кодирующие последовательности гена TLR3 и регулировать экспрессию TLR3 в макрофагах: ингибирование miR-155 антагомирами - синтетическими молекулами, комплементарными определенным микроРНК и инактивирующими их, заметно увеличивает экспрессию TLR3, тогда как сверхэкспрессия miR-155 снижает продукцию цитокинов в клетках фибробластов куриного эмбриона [33].

Мишень miR-155 находится в кодирующих последовательностях гена TLR3. И, таким образом, экспрессия белка TLR3 может быть ингибирована миметиком miR-155 или кодируемым вирусом ортологом (гомологом гена другого вида) в клетках фибробластов куриного эмбриона. Более того, лечение антагомиром miR-155 повышало уровни TLR3, в то же время значительно уменьшая количество TLR3 с агомиром (двухцепочечной последовательностью, имитирующей эндогенные микроРНК) miR-155. Кроме того, данные, полученные X. Hu с соавторами показали, что miR-155 может ингибировать продукцию интеферона-β, возможно, через сигнальный путь TLR3 [33].

Помимо miR-155, негативно регулирует передачу сигналов TLR3 miR-26a. Было показано, что miR-26a-5p подавляет экспрессию TLR3 в макрофагах крыс, поскольку его избыточная экспрессия приводит к серьезному дозозависимому снижению экспрессии мРНК TLR3. Введение miR-26a-5p крысам с артритом замедляет развитие заболевания за счет подавления TLR3 [34].

Показано, что экспрессия TLR7 имеет существенное значение в ответной реакции альвеолярных макрофагов у пациентов с тяжелой бронхиальной астмой на РНК-вирусы. Дефицит TLR7 уменьшает синтез интерферона в ответ на риновирусную инфекцию. Предполагается, что этот дефицит TLR7 может быть обусловлен аберрантной экспрессией трех микроРНК - miR-150, miR-152 и miR-375. Путем блокирования экспрессии этих miRNA можно восстановить экспрессию TLR7 и усилить интерфероновый ответ на риновирус [35].

За последние десятилетия был достигнут значительный прогресс в понимании механизмов эпигенетической регуляции синтетической функции клеток и, в том числе, роли микроРНК в этом процессе. На современном этапе обнаружены и исследованы десятки микроРНК, ответственных за регуляцию воспаления в сосудистой стенке и, таким образом, принимающих участие в атерогенезе. Мы описали участие основных микроРНК в активации и реализации сигнального пути NF-kB универсального фактора транскрипции, контролирующего экспрессию генов иммунного ответа, апоптоза и клеточного цикла. Нарушение регуляции NF-kB вызывает воспаление, аутоиммунные заболевания, а также развитие вирусных инфекций и рака. На примере регуляции этого пути в эндотелиальных клетках было показано многофункциональная роль микроРНК и предполагаемая возможность использования их в качестве фармакологического подхода в экспериментальных моделях сердечно-сосудистых заболеваний [36].

Хотя терапевтическое использование микроРНК является обсуждаемым вопросом, дальнейшее понимание механизмов действия микроРНК позволит лучше понимать вариации развития воспалительных реакций эндотелия сосудов и предложить новые противовоспалительные терапевтические средства. Специфическое нацеливание на эндотелиальные воспалительные пути может потенциально уменьшить развитие органной недостаточности, не влияя на роль лейкоцитов во врожденной иммунной защите и в формировании адаптивных иммунных ответов.

Список источников

1. 1. Cole J.E., Georgiou E., Monaco C. The expression and functions of toll like receptors in atherosclerosis // Mediators Inflamm. - 2010. - Vol. 2010, 393946. doi: 10.1155/2010/393946.
2. 2. Sameer A.S., Nissar S. Toll-Like Receptors (TLRs): Structure, Functions, Signaling, and Role of Their Polymorphisms in Colorectal Cancer Susceptibility // Biomed Res Int. 2021. Vol. 2021. 1157023. doi:10.1155/2021/1157023.
3. 3. Nie L., Cai S.-Yu., Shao J.-Z., Chen J. Toll-Like Receptors, Associated Biological Roles, and Signaling Networks in Non-Mammals // Front. Immunol. 02 July 2018. doi.org/10.3389/fimmu.2018.01523.
4. 4. He X.B., Jia H.J., Jing Z.Z., Liu D.X. Recognition of pathogen-associated nucleic acids by the intracellular toll-like receptors // Acta Biochimica et Biophysica Sinica. - 2013. - Vol. 45, № 4. - Р. 241-258. doi: 10.1093/abbs/gms122.
5. 5. O'Neill L.A. When signaling pathways collide: positive and negative regulation of toll-like receptor signal transduction // Immunity. - 2008. - Vol. 29, № 1. - Р. 12-20. doi: 10.1016/j.immuni.2008.06.004. PMID: 18631453.
6. 6. Kondo T., Kawai T., Akira S. Dissecting negative regulation of Toll-like receptor signaling. Trends in Immunology. - 2012. - Vol. 33, № 9. - Р. 449-458. doi: 10.1016/j.it.2012.05.002.
7. 7. Bayraktar R., Bertilaccio M.T., Calin G.A. The Interaction Between Two Worlds: MicroRNAs and Toll-Like Receptors // Front. Immunol. 14 May 2019. doi.org/10.3389/fimmu.2019.01053.
8. 8. Banerjee S., Winston E.T., Chowdhury I. Emerging roles of microRNAs in the regulation of Toll-like receptor (TLR)-signaling // Front. Biosci. (Landmark Ed). - 2021. - Vol. 26, № 4. - Р. 771-796. doi.org/10.2741/4917.
9. 9. Fernández-Hernando C., Suárez Y. MicroRNAs in endothelial cell homeostasis and vascular disease // Current opinion in hematology. - 2018. - Vol. 25, № 3. - Р. 227-236. doi:10.1097/MOH.0000000000000424.
10. 10. He X., Jing Z., Cheng G. MicroRNAs: new regulators of Toll-like receptor signalling pathways // BioMed research international. - 2014. - Vol. 2014. 945169. doi:10.1155/2014/945169.
11. 11. Friedman R.C., Farh K.K., Burge C.B., Bartel D.P. Most mammalian mRNAs are conserved targets of microRNAs. // Genome Res. - 2009. - Vol. 19, № 1. - Р. 92-105. doi: 10.1101/gr.082701.108.
12. 12. Benakanakere M.R, Li Q., Eskan M.A., Singh A.V., Zhao J., Galicia J.C., Galicia J.C., Stathopoulou P., Knudsen T.B., Kinane D.F. Modulation of TLR2 protein expression by miR-105 in human oral keratinocytes // The Journal of biological chemistry. - 2009. - Vol. 284, № 34. - Р. 23107-23115. doi.org/10.1074/jbc.M109.013862.
13. 13. Li Y., Shi X. MicroRNAs in the regulation of TLR and RIG-I pathways // Cell Mol Immunol. - 2013. - Vol. 10, № 1. - Р. 65-71. doi: 10.1038/cmi.2012.55.
14. 14. Philippe L., Alsaleh G., Suffert G., Meyer A., Georgel P., Sibilia J., Wachsmann D., Pfeffer S. TLR2 expression is regulated by microRNA miR-19 in rheumatoid fibroblast-like synoviocytes // J Immunol. - 2012. - Vol. 188, № 1. - Р. 454-461. doi: 10.4049/jimmunol.1102348.
15. 15. Wang, Zhenhua; Lin, Feng; Cai, Zhaoling; Lyu, Guorong. MiR-143 Mediates the TLR2/NF-κB Pathway to Attenuate AngII-induced Damage to VSMCs // Folia Biologica (Kraków). - 2021. - Vol. 69, № 2. - Р. 81-92. doi.org/10.3409/fb_69-2.10.
16. 16. Xia X., Li Z., Liu K., Wu Y., Jiang D., Lai Y. Staphylococcal LTA-Induced miR-143 Inhibits Propionibacterium acnes-Mediated Inflammatory Response in Skin // J Invest Dermatol. - 2016. - Vol. 136, № 3. - Р. 621-630. doi: 10.1016/j.jid.2015.12.024.
17. 17. Guo H., Chen Y., Hu X., Qian G., Ge S., Zhang J. The regulation of toll-like receptor 2 by miR-143 suppresses the invasion and migration of a subset of human colorectal carcinoma cells // Molecular Cancer. - 2013. - Vol. 12, № 77. doi.org/10.1186/1476-4598-12-77.
18. 18. Liu X., Gong J., Xu B. miR-143 down-regulates TLR2 expression in hepatoma cells and inhibits hepatoma cell proliferation and invasion // International journal of clinical and experimental pathology. - 2015. - Vol. 8, № 10. - Р. 12738-1273847.
19. 19. Androulidaki A., Iliopoulos D., Arranz A., Doxaki C., Schworer S., Zacharioudaki V., Margioris A.N., Tsichlis P.N., Tsatsanis C. The kinase Akt1 controls macrophage response to lipopolysaccharide by regulating microRNAs // Immunity. - 2009. - Vol. 31, № 2. - Р. 220-231. doi: 10.1016/j.immuni.2009.06.024.
20. 20. Chen X.M., Splinter P.L., O'Hara S.P., LaRusso N.F. A cellular micro-RNA, let-7i, regulates Toll-like receptor 4 expression and contributes to cholangiocyte immune responses against Cryptosporidium parvum infection // J Biol Chem. - 2007. - Vol. 282, № 39. - Р. 28929-28938. doi: 10.1074/jbc.M702633200.
21. 21. O'Hara S.P, Splinter P.L., Gajdos G.B., Trussoni C.E., Fernandez-Zapico M.E., Chen X.-M., LaRusso N.F. NFκB p50-CCAAT/enhancer-binding protein β (C/EBPβ)-mediated transcriptional repression of microRNA let-7i following microbial infection // The Journal of Biological Chemistry. - 2010. - Vol. 285, № 1. - Р. 216-225. doi: 10.1074/jbc.M109.041640.
22. 22. Chen X.M., Splinter P.L., O'Hara S.P., LaRusso N.F. A cellular micro-RNA, let-7i, regulates Toll-like receptor 4 expression and contributes to cholangiocyte immune responses against Cryptosporidium parvum infection // J Biol Chem. - 2007. - № 282. - Р. 28929-28938. doi: 10.1074/jbc.M702633200.
23. 23. Curtale G., Mirolo M., Renzi T.A., Rossato M., Bazzoni F., Locati M. Negative regulation of Toll-like receptor 4 signaling by IL-10-dependent microRNA-146b // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2013. - Vol. 110, № 28. - Р. 11449-11504. doi.org/10.1073/pnas.1219852110.
24. 24. Chen Y., Zeng Z., Shen X., Wu Z., Dong Y., Cheng J.C.-H. MicroRNA-146a-5p Negatively Regulates Pro-Inflammatory Cytokine Secretion and Cell Activation in Lipopolysaccharide Stimulated Human Hepatic Stellate Cells through Inhibition of Toll-Like Receptor 4 Signaling Pathways // Int J Mol Sci. - 2016. - Vol. 17, № 7. - Р. 1076. doi: 10.3390/ijms17071076.
25. 25. Tserel L., Runnel T., Kisand K., Pihlap M., Bakhoff L., Kolde R., Peterson H., Vilo J., Peterson P., Rebane A. MicroRNA expression profiles of human blood monocyte-derived dendritic cells and macrophages reveal miR-511 as putative positive regulator of toll-like receptor 4 // The Journal of Biological Chemistry. - 2011. - Vol. 286, № 30. - Р. 26487-26495. doi: 10.1074/jbc.M110.213561.
26. 26. Zhao Z., Hao J., Li X., Chen Y., Qi X. MiR-21-5p Regulates Mycobacterial Survival and Inflammatory Responses by Targeting Bcl-2 and TLR4 in Mycobacterium Tuberculosis-Infected Macrophages // FEBS Lett. - 2019. - Vol. 593, № 12. - Р. 1326-1335. doi: 10.1002/1873-3468.13438.
27. 27. Ferrajoli A., Shanafelt T.D., Ivan C., Shimizu M., Rabe K.G., Nouraee N., et al. Prognostic value of miR-155 in individuals with monoclonal B-cell lymphocytosis and patients with B chronic lymphocytic leukemia // Blood. - 2013. - Vol. 122, № 11. - Р. 1891-1899. doi: 10.1182/blood-2013-01-478222.
28. 28. Van Roosbroeck K., Fanini F., Setoyama T., Ivan C., Rodriguez-Aguayo C., Fuentes-Mattei E., et al. Combining Anti-Mir-155 with chemotherapy for the treatment of lung cancers // Clin Cancer Res. - 2017. - Vol. 23, № 11. - Р. 2891-2904. doi: 10.1158/1078-0432.CCR-16-1025.
29. 29. Bayraktar R., Van Roosbroeck K. miR-155 in cancer drug resistance and as target for miRNA-based therapeutics // Cancer Metastasis Rev. - 2018. - Vol. 37, № 1. - Р. 33-44. doi: 10.1007/s10555-017-9724-7.
30. 30. Mahesh G., Biswas R. MicroRNA-155: A Master Regulator of Inflammation // J Interferon Cytokine Res. - 2019. - Vol. 39, № 6. - Р. 321-330. doi: 10.1089/jir.2018.0155.
31. 31. Alivernini S., Gremese E., McSharry C., Tolusso B., Ferraccioli G., McInnes I.B., Kurowska-Stolarska M. MicroRNA-155 - at the Critical Interface of Innate and Adaptive Immunity in Arthritis // Front. Immunol. 05 January 2018. doi.org/10.3389/fimmu.2017.01932.
32. 32. Pashangzadeh S., Motallebnezhad M., Vafashoar F., Khalvandi A., Mojtabavi N. Implications the Role of miR-155 in the Pathogenesis of Autoimmune Diseases // Front. Immunol. 07 May 2021. doi.org/10.3389/fimmu.2021.669382.
33. 33. Hu X., Ye J., Qin A., Zou H., Shao H., Qian K. Both MicroRNA-155 and virus-encoded MiR-155 ortholog regulate TLR3 expression // PLoS ONE. - 2015. - Vol. 10, № 5. e0126012. doi: 10.1371/journal.pone.0126012.
34. 34. Jiang C., Zhu W., Xu J., Wang B., Hou W., Zhang R., Zhong N., Ning Q., Han Y., Yu H., Sun J., Meng L., Lu S. MicroRNA-26a negatively regulates toll-like receptor 3 expression of rat macrophages and ameliorates pristane induced arthritis in rats // Arthritis Research & Therapy. - 2014. - Vol. 16, № 1. R9. doi: 10.1186/ar4435.
35. 35. Rupani H., Martinez-Nunez R. T., Dennison P., Lau L.C.K., Jayasekera N., Havelock T., Francisco-Garcia A. S.., Grainge C., Howarth P. H., Sanchez-Elsner T. Toll-like receptor 7 is reduced in severe asthma and linked to an altered microRNA profile // Am J Respir Crit Care Med. - 2016. - Vol. 194, № 1. - Р. 26-37. doi: 10.1164/rccm.201502-0280OC.
36. 36. Goulopoulou S., McCarthy C.G., Webb R.C. Toll-like Receptors in the Vascular System: Sensing the Dangers Within // Pharmacol Rev. - 2016. - Vol. 68, № 1. - Р. 142-167. doi:10.1124/pr.114.010090.