Почему мутации в гене пирина приводят к аутовоспалению

Средиземноморская семейная лихорадка, также известная как периодическая болезнь, — это наследственное аутовоспалительное заболевание, при котором иммунная система организма слишком активно реагирует даже на слабые стимулы. Это вызывает повторяющиеся приступы лихорадки и болезненного воспаления. Уже описано более 80 мутаций в гене MEFV, связанных с этим заболеванием. MEFV кодирует пирин — связанный с цитоскелетом рецепторный белок. При активации пирин включается в состав инфламмасомы, которая запускает особую форму клеточной гибели с выбросом цитокинов — пироптоз. Избыточная активация этой системы и приводит к обострениям периодической болезни, но ее механизм оставался не вполне ясен. В Science Immunology вышли сразу три статьи на эту тему — исследования показали, что дело в усиленном связывании пирина с его активатором CDC42. 

Группа под руководством Ёситаки Хонды, профессора из Медицинского колледжа при Киотском университете, проанализировала 265 миссенс-вариантов в гене MEFV, перечисленных в базе данных Infevers. Ученые оценили их влияние на пироптоз в системе in vitro и выявили ряд патогенных вариантов, клиническое значение которых было неясным до этого. Картирование показало, что часть вариантов локализована в доменах PYD и B30.2, причем мутации с потерей функции B30.2 нарушали агрегацию пирина. Авторы предположили, что этот домен обладает регуляторной ролью.

В поиске молекулярного механизма исследователи обратили внимание на ГТФазу CDC42 — уже было показано, что мутации в ней могут приводить к аутовоспалению и аномальной активации пирина. Пирин дикого типа не формировал агрегаты в клетках с нокаутом CDC42, равно как и пирин с мутацией M694V, которая связана с периодической болезнью. Это подтвердило активирующую роль CDC42. Некоторые мутации с усилением функции, ассоциированные с периодической болезнью, повышали сродство домена B30.2 к CDC42, что приводило к гиперактивации пирина. 

Еще две исследовательские группы зашли с другой стороны — они описали варианты в CDC42, приводящие к аутовоспалению. Профессор Сет Мастерс, иммунолог из Института медицинских исследований Хадсона (Австралия), и его коллеги показали, что замена метионина на лейцин в 45-м положении (CDC42 Met45→Leu) патогенна и приводит к аутовоспалению. Мутацию обнаружили в трех поколениях семьи с наследственным аутовоспалительным заболеванием. Эта группа независимо подтвердила, что CDC42 связывается с доменами пирина PYD и B30.2, методом коиммунопреципитации, причем описанная мутация усиливает взаимодействие CDC42 с B30.2. Авторы отследили активацию инфламмасомы in vitro и показали, что CDC42 Met45→Leu усиливает ее. 

Согласно молекулярной модели взаимодействия, метионин в 45-м положении CDC42 располагается в гидрофобном кармане, образованном доменом B30.2 пирина. Замена на лейцин способствует усиленному связыванию, а замена на отрицательно заряженный аминокислотный остаток, напротив, предотвращает взаимодействие этих белков. Ученые сообщают, что полученные данные соответствуют предполагаемому механизму: CDC42 инициирует формирование агрегатов пирина через домен B30.2, и на определенной стадии этого процесса запускается дальнейший каскад активации инфламмасомы. 

Коллектив под руководством Жерома Делона (Университет Париж-Сите, Франция) и Такахиро Ясуми (Университет Киото, Япония) установил механизм патогенеза, связанный с еще одной мутацией — CDC42 Thr43→Ile, то есть заменой треонина в 43-й позиции на изолейцин. Такой вариант обнаружился в гетерозиготе у шести пациентов из трех неродственных семей; все они страдали от системного воспаления с ранним началом. 

Ученые оценили клиническое значение найденного варианта с применением нескольких подходов, во всех случаях он классифицировался как патогенный или вероятно патогенный.

С помощью компьютерного моделирования авторы показали, что участок, в котором локализована мутация Thr43→Ile, взаимодействует с уже неоднократно упомянутым доменом B30.2 и влияет на активацию пирина. При этом замена способствует формированию дополнительных ван-дер-ваальсовых взаимодействий и усиливает связывание CDC42 с пирином. В конечном счете это приводит к гиперактивации пириновой инфламмасомы, стимулирует пироптоз и повышает продукцию интерлейкина-1β (IL-1β) и IL-18. Высокие уровни этих интерлейкинов наблюдались в крови пациентов и в полученных от них клетках. 

В совокупности полученные данные объясняют, почему определенные мутации B30.2 пирина или CDC42 лежат в основе патогенеза аутовоспалительных заболеваний. В норме CDC42 взаимодействует с пирином и запускает его агрегацию, которая необходима для формирования инфламмасомы. Варианты, которые усиливают связывание между этими белками, в итоге приводят к неконтролируемой активации инфламмасомы. 

ПАНоптосомы регулируют три пути программируемой клеточной гибели