Фумарат усиливает противовирусный ответ макрофагов
Макрофаги изменяют свой метаболизм при встрече с патогенами. Это приводит к выработке молекул, которые регулируют иммунный ответ. Одной из таких молекул является фумарат. Предыдущее исследование показало, что он стимулирует выработку интерферона I типа (ИФН-I) при активации бактериальным липополисахаридом (ЛПС).
Исследование, опубликованное в журнале Nature Microbiology, показало, что вирусы тоже могут повышать уровень фумарата в макрофагах. Это происходит за счет активации аспартат-аргининосукцинатного шунта — метаболического пути, в котором ключевую роль играет фермент аргининосукцинатсинтаза 1 (ASS1). ASS1 обеспечивает выработку фумарата в цитозоле. Фумарат химически модифицирует белок MAVS — центральный элемент противовирусного сигнального пути — и за счет этого стимулирует синтез интерферона I типа.
Эксперименты с вирусом везикулярного стоматита (VSV) показали: инфицированные макрофаги перенаправляют часть метаболитов цикла трикарбоновых кислот в аргининосукцинатный шунт, что ведет к повышению уровня фумарата. Добавление фумарата или его производных (диметил- и монометилфумарата) усиливало экспрессию мРНК ИФН-β. Интересно, что сам ИФН-β дополнительно повышал активность фермента ASS1, формируя положительную обратную связь.
Когда ученые искусственно снижали уровень ASS1, концентрация фумарата в цитозоле падала (но не изменялась в митохондриях), а выработка ИФН-β уменьшалась. В результате вирус везикулярного стоматита размножался быстрее. Введение диметилфумарата восстанавливало уровень ИФН-β в клетках с дефицитом ASS1.
Таким образом, активация фермента ASS1 и накопление фумарата в цитозоле помогают макрофагам эффективнее бороться с вирусной инфекцией, усиливая выработку интерферона I типа.
Фумарат напрямую активирует противовирусный сигнальный белок MAVS
Чтобы понять, как фумарат усиливает противовирусный ответ, ученые проанализировали работу ключевых сигнальных белков. Так как снижение уровня ASS1 не влияло на митохондриальный фумарат, повышение уровня фумарата не было связано с митохондриями — механизмом, ранее описанным для бактериального ЛПС. Вместо этого фумарат действует через белок MAVS:
- сверхэкспрессия MAVS, но не РНК-сенсоров RIG-I или MDA5, может усиливать продукцию ИФН-β, управляемую диметилфумаратом;
- фосфорилирование нижестоящих белков TBK1 и IRF3 снижено в макрофагах с дефицитом ASS1.
Следовательно, активность фермента ASS1 имеет решающее значение, поскольку он вызывает активацию MAVS, которая затем усиливает противовирусный ответ макрофагов. Фумарат химически модифицирует MAVS, присоединяясь к остаткам цистеина на MAVS путем сукцинирования.
После заражения VSV этот процесс усиливался. Когда цистеин заменяли на серин, MAVS терял способность запускать экспрессию ИФН-β. Эта аминокислотная замена также нарушала агрегацию MAVS, что необходимо для его противовирусной функции.
Обработка MAVS диметилфумаратом повышала уровень его сукцинирования и агрегации, но этот эффект исчезал при мутации остатков цистеина. В таких условиях снижалось взаимодействие MAVS с белком TBK1. Таким образом, MAVS выступает сенсором фумарата.
Подобные результаты были получены и при заражении клеток другими вирусами: вирусом Сендай, вирусом гриппа А и вирусом простого герпеса первого типа. Во всех случаях усиливалась экспрессия ASS1, а при его дефиците снижалась выработка ИФН-β. Аналогичные данные были получены и в экспериментах на макрофагах человека.
Эксперименты на мышах показали, что при заражении VSV у мышей с дефицитом ASS1 в макрофагах падал уровень ИФН-β, возрастала вирусная нагрузка в легких и селезенке и увеличивалась смертность. При этом снижалось сукцинирование MAVS. Введение диметилфумарата восстановило ответ ИФН-β, а инфекция протекала легче. В образцах крови пациентов с вирусом Эбола также был обнаружен рост экспрессии ASS1 в моноцитах.
Вывод
Накопление фумарата в цитозоле под действием фермента ASS1 является общей реакцией макрофагов на вирусную инфекцию. Метаболическая перестройка в ответ на инфекцию и при аутоиммунных заболеваниях приводит к накоплению фумарата, который может действовать как ключевой регулятор иммунного ответа, стимулируя экспрессию интерферона:
- через активацию MAVS, используя путь ASS1;
- через подавление фермента фумаратгидратазы, что приводит к высвобождению митохондриальной РНК или ДНК, способствуя выработке интерферона I типа.
Поэтому фумарат может стать мишенью для терапии инфекционных и аутоиммунных заболеваний. Но чтобы выяснить полный спектр того, как фумарат регулирует ответы макрофагов, нужны дополнительные исследования.
Полезная статья, нужная информация? Поделитесь ею!
Кому-то она тоже будет полезной и нужной:
Источник
MAVS is a sensor of fumarate during antiviral immunity
