Ключевой регулятор макрофагального воспаления — ETS2

К настоящему времени известно множество локусов в геноме, связанных с теми или иными патологическими состояниями. Для воспалительных заболеваний кишечника (ВЗК), таких как язвенный колит или болезнь Крона, в частности, известно около 240 таких локусов. Исследователи из Института Френсиса Крика и Университетского колледжа Лондона сосредоточились на одном из них, расположенном в межгенном участке на 21-й хромосоме и ассоциированном с рядом других заболеваний — первичным склерозирующим холангитом, анкилозирующим спондилитом и артериитом Такаясу. Их привлекла связь одного генетического варианта в локусе с таким набором патологий, а кроме того, они хотели решить трудную задачу — охарактеризовать механизм, связывавший такую некодирующую область (ранее известную как пример «генной пустыни») с патогенезом. Определить влияние межгенных участков ДНК сложно, поскольку они могут функционировать по-разному в зависимости от типа клетки и ее состояния, а их низкая гомологичность часто не позволяет прибегать к животным моделям, полезность которых опирается на относительную консервативность кодирующих генов.

Поскольку все перечисленные заболевания — иммуноопосредованные, ученые предположили, что регуляторный элемент в локусе должен быть активен в иммунных клетках. Протестировав в моноцитах несколько ранее описанных генов-кандидатов, они определили, что промотор гена транскрипционного фактора ETS2 контактирует с выделенным локусом, и вариант риска в последнем коррелирует с более высокой экспрессией ETS2. Затем они обработали человеческие макрофаги провоспалительными стимулами, чтобы провести поиск однонуклеотидных полиморфизмов (SNP), ответственных за более высокую активность энхансера ETS2 у генетического варианта повышенного риска. Так как энхансеры работают при участии белков-регуляторов транскрипции, провоспалительная активация была нужна, чтобы их спектр и количество в этих клетках отражали физиологические условия воспаления. Единственный влияющий SNP, как оказалось, лежал в предполагаемой области связывания транскрипционного фактора, который, по-видимому, располагался выше в иерархии регуляции, чем ETS2. Чтобы подтвердить возможность усиления экспрессии ETS2 этим более ранним транскрипционным фактором, ученые проверили, зависит ли активность связывания этого фактора от аллеля. Они убедились, что в клетках гетерозиготных доноров связывание интенсивнее на хромосоме, несущей вариант риска.

Удалив ген ETS2 из моноцитов человека, ученые выяснили, что это незначительно нарушило превращение моноцитов в макрофаги, но выработка провоспалительных цитокинов такими макрофагами, фагоцитоз и продукция активных форм кислорода (АФК) были значительно снижены.  Делеция энхансера в ассоциированном локусе на 21-ой хромосоме вызывала сходные эффекты. Наконец, оверэкспрессия ETS2 в макрофагах дала зеркально-обратный и дозозависимый эффект на экспрессию провоспалительных генов. Таким образом, ученые установили, что ETS2, похоже, служит центральным регулятором воспалительной функции макрофагов.

Важно отметить, что многие локусы, содержащие ассоциированные с ВЗК и другими упомянутыми заболеваниями SNP, находятся в пределах регуляторных сетей ETS2. Регулирует он и метаболическое переключение между окислительным фосфорилированием и гликолизом, в том числе напрямую участвуя в регуляции гена фруктозо-2,6-бисфосфатазы 3 (PFKFB3) — фермента лимитирующей реакции гликолиза, а также HIF1α — еще одного фактора транскрипции, активирующегося в условиях тканевой гипоксии, в которых гликолиз является более доступным. Переключение метаболизма в сторону гликолиза, как считается, тесно сопряжено с провоспалительной поляризацией моноцитов и макрофагов, и воспаление связано с тканевой гипоксией. Поэтому исследователи проверили, способствует ли переключение на гликолиз той программе активации провоспалительных генов, которая ослабевала при нокауте гена ETS2 в первичных макрофагах. Для этого они обработали макрофаги роксадустатом, стабилизирующим HIF1α. Это позволило смягчить эффекты выключения ETS2 на гены метаболических путей, но не на многие провоспалительные гены, включая связанные с фагоцитозом и продукцией АФК. ETS2 может в значительной степени независимо управлять провоспалительной программой и метаболическим переключением, одновременно активируя специализированные гены, связанные с воспалением (например, с генерацией АФК), и создавая метаболическую среду, способствующую такой активности.

Интересно, что вслед за этой работой вышла статья, где метаболическому переключению отвели более важную роль в «самоопределении» макрофагов как агентов хронического воспаления или, напротив, толерантности к чужеродным антигенам и бактериальным молекулярным сигнатурам, постоянно присутствующим в кишечнике. Авторы этой статьи показали, что воздействие ИЛ-18, выделяемого эпителием кишечника, активирует цепь метаболических и других молекулярных событий, которые, напротив, подавляют провоспалительную программу в макрофагах и переключают энергетический метаболизм от гликолиза к окислительному фосфорилированию (в частности, окислению жирных кислот). Ученые сделали вывод, что метаболический сдвиг переводит макрофаги в состояние толерогенности, в котором они устойчивы к слабым провоспалительным стимулам сами и подавляют избыточный иммунный ответ всей ткани. Гипотеза, согласно которой метаболический сдвиг играет ключевую роль в переключении воспалительной и защитной программ, давно в общих чертах сформулирована исследователями макрофагов, но использованные авторами второй работы методы в сумме дают несколько менее прямые доказательства в пользу окончательности их выводов. Также в этой работе использовались не человеческие клетки, а мышиная модель колита. Но так как авторские коллективы исследовали процесс переключения макрофагов во «встречном» направлении, будет преждевременным делать вывод, что если правы одни, то другие неизбежно ошибаются.

Авторы первой работы также задались вопросом о терапевтическом приложении своих результатов. Прямые ингибиторы ETS2 неизвестны, и компьютерное моделирование также не смогло предположить низкомолекулярных аллостерических регуляторов этого белка. Но исследователи обратились к базе данных LINCS (Library of integrated network-based cellular signatures), содержащей мультиомиксные описания состояний клеток при разных стимулирующих условиях и в присутствии разнообразных соединений, модулирующих эти состояния. Там они нашли соединения, снижающие активность генов-мишеней ETS2. Часть из них — ингибиторы MEK1/2, еще одного регуляторного белка, который задействован в путях активации экспрессии генов из семейства ETS. Для оценки терапевтического потенциала ученые культивировали биоптаты кишечника донора с активной стадией ВЗК в присутствии ингибитора MEK. Это снизило высвобождение воспалительных цитокинов до уровня, аналогичного уровню при действии инфликсимаба (антитела против TNF, широко используемого при ВЗК). Хотя ингибирование MEK будет иметь нежелательные побочные эффекты из-за важности этой киназы в различных клетках, сама по себе стратегия нацеливания на высокоуровневый регулятор (ETS2) может оказаться выигрышной, так как затрагивает различные задействованные в патогенезе пути, в том числе связанные с резистентностью к доступному лечению. Важно, что некоторые ингибиторы MEK уже применяются для лечения отдельных видов рака и нейрофиброматоза, что может ускорить их тестирование в качестве потенциальной терапии ВЗК.

Макрофаги берут на себя роль клеток сосудов при восстановлении после ишемии