CD28: Белок костимуляции Т-клеток у человека.

Введение

Белок млекопитающих, обнаруженный у человека, CD28 (Cluster of Differentiation 28) является одним из белков, экспрессируемых на Т-клетках, обеспечивающих костимулирующие сигналы, необходимые для активации и выживания Т-клеток. Стимуляция Т-клеток через CD28 в дополнение к Т-клеточному рецептору (TCR) может обеспечить мощный сигнал для продукции различных интерлейкинов (в частности, IL-6). CD28 является рецептором для белков CD80 (B7.1) и CD86 (B7.2). При активации лигандами Toll-подобных рецепторов экспрессия CD80 повышается в клетках, представляющих антиген (APC). Экспрессия CD86 на клетках, представляющих антиген, является конститутивной (экспрессия не зависит от факторов окружающей среды). CD28 – единственный B7-рецептор, конститутивно экспрессируемый на наивных Т-клетках. Ассоциация TCR наивной Т-клетки с комплексом MHC:антиген без взаимодействия CD28:B7 приводит к образованию анергичной Т-клетки. Кроме того, CD28 также был обнаружен на стромальных клетках костного мозга, плазменных клетках, нейтрофилах и эозинофилах, однако функциональная значимость CD28 на этих клетках полностью не выяснена. Как правило, сообщается, что CD28 экспрессируется на 50% Т-клеток CD8+ и более чем на 80% Т-клеток CD4+ у человека, но в процессе активации некоторые Т-клетки теряют эту молекулу. Некоторые Т-клетки, взаимодействовавшие с антигеном, теряют CD28 и впоследствии могут быть повторно активированы без вовлечения CD28. Эти CD28- Т-клетки обычно характеризуются как антиген-специфичные и терминально дифференцированные и часто описываются как Т-клетки памяти (ТМ). Кроме того, уровень экспрессии CD28 снижается с возрастом. Являясь гомодимером двух цепей с Ig-доменами, CD28 связывается с молекулами B7 на APC и может способствовать пролиферации и дифференцировке Т-клеток, стимулировать продукцию факторов роста и индуцировать экспрессию антиапоптотических белков. Согласно ряду исследований, после рождения все клетки человека экспрессируют CD28. Однако у взрослых 20–30% Т-клеток CD8+ теряют экспрессию CD28, в то время как у пожилых людей (+80 лет) до 50–60% клеток CD8+ теряют способность экспрессировать CD28. Однако эти данные лишь указывают на то, что потеря экспрессии CD28 свидетельствует о функциональной дифференцировке в цитотоксические клетки памяти в пределах клональных экспансий. В целом, CD28 является основным костимуляторным молекулой для активации Т-клеток, но эффективная костимуляция необходима лишь для определенной активации Т-клеток. В этом случае, при отсутствии костимуляторных сигналов, взаимодействие дендритных и Т-клеток приводит к анергии Т-клеток. Важность костимуляторного пути подчеркивается тем фактом, что антагонисты костимуляторных молекул нарушают иммунные ответы как in vitro, так и in vivo. Но, как упоминалось ранее, в процессе активации, например, ТМ теряют эту молекулу и приобретают CD28-независимое существование.

Mammalian protein found in humans

CD28 (Cluster of Differentiation 28) is one of the proteins expressed on T cells that provide co stimulatory signals required for T cell activation and survival. T cell stimulation through CD28 in addition to the T cell receptor (TCR) can provide a potent signal for the production of various interleukins (IL 6 in particular). CD28 is the receptor for CD80 (B7.1) and CD86 (B7.2) proteins. When activated by Toll like receptor ligands, the CD80 expression is upregulated in antigen presenting cells (APCs). The CD86 expression on antigen presenting cells is constitutive (expression is independent of environmental factors). CD28 is the only B7 receptor constitutively expressed on naive T cells. Association of the TCR of a naive T cell with MHC:antigen complex without CD28:B7 interaction results in a T cell that is anergic. Furthermore, CD28 was also identified on bone marrow stromal cells, plasma cells, neutrophils and eosinophils, but the functional importance of CD28 on these cells is not completely understood. It is generally reported, that CD28 is expressed on 50% of CD8+ T cells and more than 80% CD4+ T cells in human, but during the course of activation some T cells lose this molecule. Some antigen experienced T cells lose CD28 and subsequently can be re activated without CD28 engagement. These CD28− T cells have generally been characterized as antigen specific and terminally differentiated, and are often described as being memory T cells (TMs). In addition, the level of positive CD28 decreases with age. As a homodimer of two chains with Ig domains, CD28 binds B7 molecules on APCs and can promote T cells proliferation and differentiation, stimulate production of growth factor, and induces the expression of anti apoptotic proteins. According to several studies, after birth, all human cells express CD28. However, in adults, 20 30% of CD8+ T cells lose CD28 expression, whereas in the elderly (+80 years) up to 50 60% of CD8+ cells lose the ability to express CD28. But these statements only suggest that loss of CD28 expression marks functional differentiation to cytotoxic memory cells within clonal expansions. In general, CD28 is a primary costimulatory molecule for T cell activation, but effective co stimulation is essential only for some T cell activation. In this case, in the absence of co stimulatory signals, the interaction of dendritic and T cells leads to T cell anergy. The importance of the costimulatory pathway is emphasized by the fact that antagonists of co stimulatory molecules disrupt the immune responses both in vitro and in vivo. But as mentioned earlier, during the course of activation e. g. TMs lose this molecule and assume a CD28 independent existence.

Сигнализация

CD28 обладает внутриклеточным доменом с несколькими аминокислотными остатками, критически важными для его эффективной передачи сигнала. Мотив YMNM, начинающийся с тирозина 170, особенно важен для рекрутирования белков, содержащих SH2 домен, в частности PI3K, Grb2 и Gads. Остаток Y170 необходим для индукции Bcl xL посредством mTOR и усиления транскрипции IL-2 через PKCθ, но не влияет на пролиферацию и приводит к небольшому снижению продукции IL-2. Остаток N172 (как часть YMNM) важен для связывания Grb2 и Gads и, по-видимому, способен индуцировать стабильность мРНК IL-2, но не транслокацию NF κB. Индукция NF κB, по-видимому, в большей степени зависит от связывания Gads как с YMNM, так и с двумя пролин-богатыми мотивами в молекуле. Однако мутация конечной аминокислоты мотива, M173, которая не способна связываться с PI3K, но связывается с Grb2 и Gads, приводит к незначительному уровню NF κB или IL-2, что позволяет предположить, что Grb2 и Gads не могут компенсировать потерю PI3K. Транскрипция IL-2, по-видимому, происходит в две стадии: начальная, зависимая от Y170 и PI3K, которая обеспечивает транскрипцию, и вторая, PI3K-независимая фаза, зависящая от формирования иммунного синапса, что приводит к повышению стабильности мРНК IL-2. Обе фазы необходимы для полной продукции IL-2. CD28 также содержит два пролин-богатых мотива, способных связывать белки, содержащие SH3 домен. Itk и Tec способны связываться с N-концом этих двух мотивов, непосредственно следующими за Y170 YMNM; Lck связывается с C-концом. И Itk, и Lck способны фосфорилировать тирозиновые остатки, что затем позволяет связываться белкам, содержащим SH2 домен, с CD28. Связывание Tec с CD28 усиливает продукцию IL-2, что зависит от связывания его SH3 и PH доменов с CD28 и PIP3 соответственно. C-концевой пролин-богатый мотив в CD28 важен для доставки Lck и липидных плотов в иммунный синапс посредством филамина А. Мутация двух пролинов в C-концевом мотиве приводит к снижению пролиферации и продукции IL-2, но к нормальной индукции Bcl xL. Фосфорилирование тирозина в мотиве PYAP (Y191 в зрелом человеческом CD28) формирует сайт связывания с высокой аффинностью для SH2 домена src-киназы Lck, которая, в свою очередь, связывается с серинкиназой PKC θ.

CD28 possesses an intracellular domain with several residues that are critical for its effective signaling. The YMNM motif beginning at tyrosine 170 in particular is critical for the recruitment of SH2 domain containing proteins, especially PI3K, Grb2 and Gads. The Y170 residue is important for the induction of Bcl xL via mTOR and enhancement of IL 2 transcription via PKCθ, but has no effect on proliferation and results a slight reduction in IL 2 production. The N172 residue (as part of the YMNM) is important for the binding of Grb2 and Gads and seems to be able to induce IL 2 mRNA stability but not NF κB translocation. The induction of NF κB seems to be much more dependent on the binding of Gads to both the YMNM and the two proline rich motifs within the molecule. However, mutation of the final amino acid of the motif, M173, which is unable to bind PI3K but is able to bind Grb2 and Gads, gives little NF κB or IL 2, suggesting that those Grb2 and Gads are unable to compensate for the loss of PI3K. IL 2 transcription appears to have two stages; a Y170 dependent, PI3K dependent initial phase which allows transcription and a PI3K independent second phase which is dependent on formation of an immune synapse, which results in enhancement of IL 2 mRNA stability. Both are required for full production of IL 2. CD28 also contains two proline rich motifs that are able to bind SH3 containing proteins. Itk and Tec are able to bind to the N terminal of these two motifs which immediately succeeds the Y170 YMNM; Lck binds the C terminal. Both Itk and Lck are able to phosphorylate the tyrosine residues which then allow binding of SH2 containing proteins to CD28. Binding of Tec to CD28 enhances IL 2 production, dependent on binding of its SH3 and PH domains to CD28 and PIP3 respectively. The C terminal proline rich motif in CD28 is important for bringing Lck and lipid rafts into the immune synapse via filamin A. Mutation of the two prolines within the C terminal motif results in reduced proliferation and IL 2 production but normal induction of Bcl xL. Phosphorylation of a tyrosine within the PYAP motif (Y191 in the mature human CD28) forms a high affinity binding site for the SH2 domain of the src kinase Lck which in turn binds to the serine kinase PKC θ.

Структура

Первая структура CD28 была получена в 2005 году группой по изучению биологии Т-клеток в Оксфордском университете. Структура белка CD28 содержит 220 аминокислот, кодируемых геном, состоящим из четырех экзонов. Это гликозилированный дисульфидный гомодимер массой 44 кДа, экспрессируемый на поверхности клетки. Структура содержит парные домены иммуноглобулиновых суперсемейств V-сета (IgSF). Эти домены связаны с отдельными трансмембранными и цитоплазматическими доменами, содержащими критически важные сигнальные мотивы. Как и CTLA4, CD28 имеет высокосходные петли, аналогичные CDR3. В комплексе CD28-CD80 две молекулы CD80 сходятся таким образом, что их мембранно-проксимальные домены стерически сталкиваются, несмотря на доступность обоих сайтов связывания лиганда для CD28. Тем не менее, только CD28 конститутивно экспрессируется на Т-клетках мыши, в то время как ICOS и CTLA4 индуцируются стимуляцией Т-клеточного рецептора и в ответ на цитокины, такие как IL-2. CD28 и CTLA4 очень гомологичны и конкурируют за один и тот же лиганд – CD80 и CD86. CTLA4 связывается с CD80 и CD86 всегда сильнее, чем CD28, что позволяет CTLA4 конкурировать с CD28 за лиганды и подавлять ответы эффекторных Т-клеток. Однако было показано, что CD28 и CTLA4 оказывают противоположное влияние на стимуляцию Т-клеток: CD28 действует как активатор, а CTLA4 – как ингибитор. ICOS и CD28 также являются близкородственными генами, но они не могут замещать функции друг друга. Противоположные роли CD28 и ICOS по сравнению с CTLA4 приводят к тому, что эти рецепторы действуют как реостат для иммунного ответа, обеспечивая конкурентные провоспалительные и противовоспалительные эффекты.

Как цель для наркотиков

Препарат TGN1412, разработанный немецкой биотехнологической компанией TeGenero, неожиданно вызвал множественную недостаточность органов в ходе клинических испытаний и является суперагонистом CD28. К сожалению, часто упускается из виду, что эти же рецепторы присутствуют и на клетках, отличных от лимфоцитов. Также было показано, что CD28 стимулирует эозинофильные гранулоциты, где его связывание с анти-CD28 приводит к высвобождению IL-2, IL-4, IL-13 и IFN-γ. Известно, что CD28 и CTLA4 могут играть ключевую роль в регуляции аутоиммунных заболеваний в моделях на мышах. Однако данных о роли CD28 в развитии заболеваний у людей, полученных от пациентов, значительно меньше. Среди других потенциальных препаратов, находящихся на доклинической стадии разработки, можно выделить агонистические аптамеры CD28, обладающие иммуностимулирующими свойствами в модели опухоли у мышей, моноклональное анти-CD28 Fab'-антитело FR104 и октапептид AB103, предотвращающий гомодимеризацию CD28.