NK (Натуральные (нормальные) киллеры (НК): общая характеристика

Нормальные киллеры или NK (от англ. natural killer ) - это большие зернистые лимфоциты с характерной морфологией: основная часть обильной цитоплазмы содержит несколько митохондрий , свободные рибосомы с отдельными элементами шероховатого эндоплазматического ретикулума , аппарат Гольджи и характерные электроноплотные гранулы, связанные с мембраной. Большие зернистые лимфоциты с активностью нормальных киллеров выполняют цитотоксические функции, также как и цитотоксические T- лимфоциты ( рис. 2.16 "Уничтожение инфицированных вирусом клеток. Помимо механизма действия NK показан механизм действия цитотоксических T- лимфоцитов , которые прикрепляются к мишени в результате специфического узнавания поверхностного антигена , связанного с молекулами MHC класса I ").

Основная обязанность киллерных клеток - выявлять и уничтожать собственные клетки организма, в которых что-то нарушилось: они убивают опухолевые клетки и клетки, зараженные вирусами (а также, возможно, и другими чужеродными агентами). Нормальные киллеры (НК-клетки) у человека составляют примерно 5% лимфоцитов периферической крови. Чаще всего они имеют фенотип CD3-CD16+CD56+CD94+ и гаметное (неперестроенное) расположение генов. Таким образом, хотя НК относятся к лимфоидным клеткам, они лишены маркеров Т- и В-лимфоцитов.

Полагают, что NK узнают определенные структуры высокомолекулярных гликопротеинов, которые экспрессируются на мембране инфицированных вирусом клеток. Узнавание клетки-мишени и сближение с ней происходит за счет рецепторов NK. В результате NK активируются, и содержимое гранул выбрасывается во внеклеточное пространство. Возможно, главная роль здесь принадлежит перфорину (цитолизину), имеющему некоторое структурное сходство с компонентом комплемента C9 (антитела к перфорину подавляют внеклеточное уничтожение). Перфорин встраивается в мембрану клетки- мишени и образовывает трансмембранные поры, что приводит к гибели клетки, поскольку содержимое клетки вытекает через эти поры. Кроме того, гранулы NK содержат две сериновые протеинкиназы, которые могут функционировать как цитотоксические факторы, но не вполне ясна их роль в NK-зависимом лизисе. Хондроитинсульфат A - протеогликан, устойчивый к протеинкиназам - тоже обнаружен в NK и может защищать эти клетки от автолиза. При распознавании мишени НК-клетки способны как к "положительному", так и к "отрицательному" распознаванию. В отличие от T-киллеров НК-клетки несут рецепторы подавления цитотоксичности ( KIR , англ. killer inhibitory receptor). При отрицательном распознавании взаимодействуя с молекулами MHC класса I на клетке-мишени, эти рецепторы дают инфицированной клетке сигнал торможения ее цитотоксической активности. Положительное распознавание происходит когда на клетках-мишенях отсутствует экспрессия молекул MHC, и взаимодействие НК-клеток с инфицированными клетками происходит с участием их собственных (НК-клеток) особых рецепторов, в частности CD2 и CD69 , или антител , с которыми они связываются через рецептор для Fc ( CD16 ). Связывание НК с антителами, образовавшими иммунные комплексы с антигенами на поверхности клеток-мишеней, интерпретируется как проявление киллерной клеточной активности, или антителозависимой клеточной цитотоксичности . К примеру вирусы герпеса пытаются избежать распознавание T-киллерами, подавляя экспрессию молекул MHC класса I на поверхности инфицированных клеток; однако в этом случае вирус распознают НК-клетки.

Следовательно, цитотоксические T-клетки (T-киллеры) и НК-клетки можно рассматривать как два взаимодополняющих инструмента иммунитета против вирусной инфекции тканей.

Набор клеток, подвергающихся литическому действию НК, достаточно широк. Это ряд вирусинфицированных и опухолевых клеток; клетки, на поверхности которых представлены цитофильные антитела; эмбриональные клетки.

Точное происхождение NK до сих пор остается неясным. Они происходят, в основном, из больших гранулярных лимфоцитов (БГЛ) . Несмотря на то что НК морфологически напоминают лимфоциты или лимфобласты , их гистогенетическая связь с Т- или В-лимфоцитами не установлена. Вероятно, НК относятся к самостоятельной линии дифференцировки, хотя на самых ранних этапах развития у них имеется общий с лимфоцитами предшественник. В отличие от лимфоцитов, НК не имеют антигенраспознающих рецепторов, не увеличиваются количественно после взаимодействия с чужеродным (например, вирусным) антигеном и не спрособны к формированию иммунологической памяти . При этом их активность повышается под влиянием цитокинов Т-клеток и, в первую очередь, интерферона-гамма .

Одной из характеристик НК является наличие Fc-рецептора.

NK (Натуральные киллеры): противовирусная активность

Натуральные (нормальные) киллеры (НК) представляют собой популяцию лимфоидных клеток, лишенных признаков Т-лимфоцитов или В-лимфоцитов .

Первоначально натуральные киллеры были обнаружены по их способности убивать лимфоидные опухолевые клетки in vitro без какого- либо предварительного примирования . В дальнейшем стало известно, что эти клетки принимают участие в неспецифической защите против некоторых вирусных и бактериальных внутриклеточных патогенов. Активные НК-клетки появляются уже через двое суток после заражения хозяина вирусом. Активность их усиливается в 20-100 раз под влиянием цитокинов ИФ-альфа и ИФ-бета , а также ИЛ-12 , продуцируемого макрофагами в ранний период развития инфекции. ИЛ-12 совместно с ФНО-альфа , также образуемым макрофагами, обеспечивает активную секрецию ИФ-гамма НК-клетками. Секреция ИФ-гамма также повышает функциональную активность НК-клеток, что создает условия ранней защиты от некоторых инфекций до тех пор, пока в реакцию не вступят Т-клетки , продуцирующие тот же цитокин. Мыши, дефицитные по Т- или В-клеткам, вполне резистентны к внутриклеточному бактериальному патогену Listeria monocytogenes. Однако в условиях дефицита зараженных мышей по НК-клеткам, ФНО-альфа или ИФ-гамма развивается инфекция, которая губит животных еще до включение в ответ примированных Т-клеток. Вопрос, каким образом НК-клетки отличают собственные интактные соматические клетки от таких же клеток, но инфицированных вирусом, открыт. Возможно, механизм дифференциации связан с двумя рецепторами, экспрессирующимися на мембране НК-клеток. Один из них - NKR-P1 - является основным в реализации киллерной функции данных клеток. В результате взаимодействия этого рецептора с соответствующим лигандом на любой из возможных клеток создаются условия для реализации киллерного действия. При этом действие НК-клеток против собственных нативных клеток блокируется вторым рецептором - Ly49 , способным контактировать с молекулами I класса МНС , что предотвращает лизис нативных собственных клеток.

Инфицированные вирусом клетки становятся чувствительными к НК одним из двух способов.

Во-первых, некоторые вирусы подавляют белковый синтез в клетках хозяина. Вследствие этого усиленный синтез молекул I класса МНС, индуцированный интерфероном, может селективно блокироваться в вирусинфицированных клетках. Это, в свою очередь, приведет к тому, что Ly49-рецептор будет не в состоянии предотвращать киллерную активность НК-клеток.

Вторая возможность состоит в том, что некоторые вирусы препятствуют экспрессии молекул I класса МНС, что также делает вирусинфицированные клетки объектом киллерного действия НК-клеток.

Интерферон IFN1: продукция НК-клетками

При сравнении интерферон-секретирующей способности больших гранулярных лимфоцитов (НК) и малых Т-лимфоцитов в ответ на стимуляцию вирусом гриппа было показано, что основной вклад в продукцию IFN-альфа вносили НК-клетки . Уровень IFN в этих опытах составлял примерно 103u/мл и на порядок превосходил секрецию интерферона Т-клетками ( Burlington et al., 1984 ).

Исследовали продукцию IFN-альфа НК-клетками , Т-лимфоцитами и моноцитами, стимулированными вирусами гриппа и герпеса ( Djeu et al., 1982 ). Максимальный уровень IFN в этих экспериментах (примерно 1000-3000 u/мл) индуцировался НК-клетками .

Перфорин

Карта белка перфорина Перфорин - мономерный белок, вызывающий образование пор в цитоплазматической мембране. По структуре и функции он близок к C9 . К настоящему времени в гранулах цитотоксических Т-лимфоцитов и NK- клеток обнаружен только один образующий поры белок - перфорин. Его молекулярная масса 70 тыс. дальтонов. Если клетки инкубировать с перфорином в присутствии ионов кальция , они через несколько минут лизируются. Однако, если ионы кальция добавить к перфорину до того, как он свяжется с клетками, то белок совершенно не проявляет свою лизирующую способность. Этот парадоксальный на первый взгляд факт многое проясняет в механизме действия перфорина на клетки.

Киллерная клетка выделяет молекулы перфорина, и эти молекулы встраиваются в мембрану клетки-мишени. Там они полимеризуются, т. е. соединяются друг с другом. Полимеризация происходит только в присутствии ионов кальция. Образующийся полимер может принимать различные конфигурации, но в оптимальных условиях конечный продукт полимеризации имеет форму цилиндра. При электронной микроскопии он выглядит как кольцо, если ориентирован вдоль пучка электронов, и как две параллельных линии - если поперек. Внутренний диаметр цилиндра, по данным Подана и Деннерта, варьирует от 5 до 20 нм.

Чтобы перфорин повредил клетку-мишень, его полимеризация должна происходить внутри мембраны, так как внедриться в мембрану могут только мономеры перфорина. Если полимеризация произойдет в растворе, то полимер не сможет проникнуть затем в мембрану и убить клетку. Смысл этого понятен: оказавшись во внеклеточном пространстве или кровотоке, где в избытке имеется кальций, перфорин быстро полимеризуется и становится неактивным, что исключает возможность случайного повреждения других, нормальных клеток организма.

Образование в клеточной мембране пор в результате полимеризации перфорина приводит к быстрому и легко наблюдаемому изменению состояния клетки.

Показано, что белки последних стадий каскада комплемента имеют значительную гомологию с перфорином : аминокислотные последовательности перфорина и этих белков во многих участках идентичны. Такое сходство между элементами гуморальной и клеточной иммунных систем не может быть случайным. Мы полагаем, что белки-убийцы обеих систем произошли от одного предкового белка и со временем дивергировали, специализируясь каждый для своей роли.

перфорин: механизм действия NK: антителозависимая клеточная цитотоксичность

NK могут выполнять цитотоксические функции. Однако их специфичность сильно ограничена и, чтобы повысить эффективность действия, необходимо расширить пределы этой специфичности.

Один путь решения проблемы заключается в следующем: клетка-мишень нагружается антителами , узнающими поверхностные антигены вируса, поскольку как и фагоциты , NK имеют рецепторы для константной части молекулы антитела. Антитела, формируя мостик, способствуют тесному сближению NK и мишени, т.е. фокусируют неспецифический разрушительный механизм нормальных киллеров. Таким образом, NK, активированный связанными с клеткой-мишенью антителами, способен уничтожить клетку, инфицированную вирусом. Эта система, получившая название " антителозависимая клеточная цитотоксичность ", очень эффективна in vitro, но не ясно, в какой степени она используется в организме ( рис. 2.16 : "Уничтожение инфицированных вирусом клеток. Помимо механизма действия NK показан механизм действия цитотоксических T-лимфоцитов , которые прикрепляются к мишени в результате специфического узнавания поверхностного антигена , связанного с молекулами MHC класса I ").

NK-лимфоциты: оценка функциональной активности

Цитотоксичность NK-лимфоцитов не зависит от предварительной иммунизации и не ограничена по HLA. Цитотоксическую активность NK-лимфоцитов оценивают, используя в качестве клеток-мишеней разные линии трансформированных клеток, чувствительных к действию NK-лимфоцитов. Разрушение клеток-мишеней осуществляется лишь при образовании тесного контакта с NK-лимфоцитами. Этот контакт может быть прямым или опосредованным, при котором NK-лимфоциты прикрепляются к покрытым IgG клеткам-мишеням через рецептор к Fс-фрагменту IgG - антителозависимая клеточная цитотоксичность . Благодаря этому механизму могут быть разрушены клетки-мишени, первоначально устойчивые к действию NK-лимфоцитов.

Антителозависимую клеточную цитотоксичность оценивают с помощью стандартного метода, используя клетки-мишени, покрытые антителами класса IgG.

NK-лимфоциты играют важную роль в противовирусном и противоопухолевом иммунитете и участвуют в отторжении трансплантата. Снижение цитотоксической активности NK-лимфоцитов выявляется при многих заболеваниях, в том числе при злокачественных новообразованиях , а отсутствие наблюдается крайне редко.

- Активация NK-лимфоцитов цитокинами. После инкубации с определенными цитокинами цитотоксическая активность NK-лимфоцитов значительно повышается. Так, при добавлении интерферона гамма активность NK-лимфоцитов повышается уже через несколько часов. После инкубации с интерлейкином-2 в течение нескольких суток NK-лимфоциты становятся активными в отношении любых трансформированных клеток-мишеней, в том числе опухолевых клеток. В настоящее время исследуется возможность применения активированных цитокинами NK-лимфоцитов при некоторых злокачественных новообразованиях.

ФАТ: действе на натуральные киллеры

Активность естественных киллеров в отношении клеток эритромиелолейкоза К-562 заметно увеличивается под влиянием ФАТ [ Braquet, P., and Rola-Pleszczynski, M. (1987) ].

Известно, что активность естественных киллеров, а также цитотоксические свойства моноцитов и макрофагов обусловлены, по крайней мере частично, высвобождением из них TNF [ Tence, M., Coeffier, E.,ea., (1981) ].

http://obi.img.ras.ru/humbio/default.htm
http://www.rekicen.ru/php/content.php?group=0&id=2550

Новый тип иммунных клеток, способных уничтожать опухоли

В результате работы, проведенной американскими и французскими исследователями, были обнаружены мышиные иммунные клетки, одновременно выполняющие функции посредников и киллеров.
Если удастся идентифицировать подобные клетки у человека, они могут быть использованы в терапии, направленной на обнаружение и уничтожение опухолей.

Ученые считают, что эти клетки, получившие название продуцирующих интерферон киллерных дендритных клеток (IKDC), не были обнаружены ранее в силу своей крайней малочисленности – они составляют не более 1/10 общего числа дендритных клеток селезенки.

Функционирование иммунной системы основано на взаимодействии клеток разных типов. Одними из первых на пути поражающих организм бактерий или опухолевых клеток появляются натуральные киллеры (НК). Эти клетки уничтожают захватчиков, разрушая их мембрану. НК синтезируют молекулы, которые информируют о произошедшем вторжении другие клетки иммунной системы, в том числе дендритные клетки. Дендритные клетки, в свою очередь, передают сигнал тревоги дальше.

При изучении одного из типов дендритных клеток исследователи университета Джонса Хопкинса заметили, что на их мембране присутствуют молекулы, считающиеся маркерами НК. Оказалось, что эти клетки являются своего рода гибридами, несущими молекулярные характеристики как НК, так и дендритных клеток и синтезирующие биологически активные вещества, характерные для обоих типов клеток.

В начале своего жизненного пути IKDC ведут себя как обычные НК, но после встречи с патогеном они превращаются в дендритные клетки. Обратный процесс превращения из дендритной клетки в НК не наблюдался.

Как оказалось, IKDC в виде натуральных киллеров содержатся в крови, слизистой кишечника, печени и других органах – везде, где возможен контакт с патогенами. После взаимодействия с чужеродными агентами значительная часть трансформированных IKDC перемещается в лимфатические узлы.

Французская группа из института им. Густава Росси вводила мышам противоопухолевый препарат Гливек (Gleevec), блокирующий патологический белок, синтезируемый опухолевыми клетками, и фактор роста НК. Комбинация Гливек/фактор роста служила своего рода приманкой для IKDC. При этом опухоли у мышей, которым были сделаны параллельные инъекции IKDC, существенно уменьшились в размерах, чего не произошло при введении животным обычных натуральных киллеров.

В настоящее время исследователи активно занимаются поисками клеток-аналогов у людей. Обнаружение таких клеток откроет новые возможности лечения инфекционных и онкологических заболеваний.

Статьи Camie W Chan et al. «Interferon-producing killer dendritic cells provide a link between innate and adaptive immunity» и Ken Shortman & Jose A Villadangos «Is it a DC, is it an NK? No, it's an IKDC» опубликованы в февральском номере журнала Nature Medicine.

Интернет-журнал "Коммерческая биотехнология" http://www.cbio.ru/