Посещений:
хронический гранулематоз



Генетические основы

Chronic Granulomatous Disease
• Dirk Roos
NADPH Oxidases pp 531-542| 2019 | Part of the Methods in Molecular Biology book series (MIMB, volume 1982)

Фагоцитарная NADPH oxidase состоит из 5 структурных компонентов. NOX2, известен также как gp91phox (phox from phagocyte oxidase), является центральным ферментативным компонентом. Он расположен на плазматической мембране и в мембранных внутриклеточных пузырьках фагоцитарных лейкоцитов, т.e., нейтрофильных гланулоцитах, эозинофильных гранулоцитах, моноцитах и макрофагах [1]. NOX2 является flavocytochrome b558, с NADPH связывающим сайтом на цитозольной стороне и с FAD и двумя гемами в качестве простетических групп. В своем активном состоянии он может акцептировать электроны из NADPH и передавать их посредством FAD и гемовых групп к молекулярному кислороду на просветной стороне мембраны. Таким способом генерируется перикись (superoxide) на внешней стороне фагоцитов и внутри фагоцитарных вакуолей, как показано на Рис. 1. Для стабильности NOX2 нуждается в p22phox, с которым он формирует гетеродимер. Если отсутствует NOX2 или p22phox, то белок оказывается нестабильным и быстро деградирует.

Fig. 1 The subunits of the phagocyte NADPH oxidase and the generation of ROS. The assembled phagocyte NADPH oxidase complex consists of NOX2 (gp91phox) and p22phox (together called flavocytochrome b558) in the plasma membrane or the phagosome membrane together with the heterotrimer p40phox, p67phox, and p47phox that has moved from the cytosol to the flavocytochrome. For this movement and attachment, the active, GTP-bound form of RAC (RAC1 in mononuclear phagocytes, RAC2 in neutrophils) is also required. In this assembled NADPH oxidase complex, NOX2 is able to bind NADPH and transmit its electrons via FAD and two hemes to molecular oxygen at the luminal side of the membrane. This process is schematically illustrated in the upper part of the figure. The resulting superoxide (O2c-) is converted into hydrogen peroxide (H2O2) and other reactive oxygen species (ROS), such as singlet oxygen, hydroxyl radicals, hypochlorous acid, and N-chloramines, all of which help to kill ingested and non-ingested microorganisms. All proteins of the phagocyte NADPH oxidase complex are essential for correct functioning of the oxidase. Mutations in the genes that encode these proteins (Table 1) may lead to decreased expression or decreased functioning of these proteins, and thus to impaired killing of microorganisms, which is the cause of chronic granulomatous disease

В покоящихся фагоцитах NADPH связывающий сайт недоступен для NADPH, и как результат, NADPH oxidase неактивна. Однако, во время фагоцитоза или в местах воспаления комплекс из трех цитозольных белков перемещается к димеру NOX2/p22phox и изменяет 3D структуру NOX2, делая сайт связывания NADPH доступным для NADPH и тем самым начинается ферментативная активность оксидазы [1, 2]. Цитозольными белками являются p47phox, p67phox и p40phox. Каждый из этих белков выполняет специфическую роль в регуляции этой активности. Фагоцитарные или воспалительные стимулы индуцируют фосфорилирование p47phox, который в результате меняет конформацию и его взаимодействие с двумя остальными цитозольными компонентами. Это вызывает связывание цитозольного комплекса с p22phox и с фосфолипидами в мембранном окружении NOX2. p67phox затем соединяет свой активационный домен с NOX2, это оказывается существенным для тока электронов внутри NOX2, и соединяет с TPR регионами в Rac-GTP. Этот последний белок является малой GTPase, которая ассоциирует посредством своего инсерционного домена с NOX2 и с его липидным хвостом в мембране. Наконец, p40phox соединяется с помощью его PX региона с фосфолипидами в мембране, этот процесс улучшает продукцию superoxide на мембранах фагосом. Совместно 5 компонентов NADPH оксидазы фагоцитов теперь формируют крепко соединенный комплекс с высокой ферментативной активностью [1, 2, 4].
Все упомянутые компоненты фагоцитарной NADPH оксидазы существенны для её соотв. функции. Это подтверждается тем фактом, что мутации в любом из генов, кодирующих эти компоненты, могут приводить к потере функции и тем самым к CGD. Наиболее известной формой CGD является Х-сцепленная форма с мутациями в CYBB , расположенном на Х хромосоме и кодирующем NOX2. Приблизительно две трети всех CGD пациентов страдают от X-CGD, большинство из них мужчины, конечно (Table 1). Гены, кодирующие p22phox (CYBA), p47phox (NCF1), p67phox (NCF2) и p40phox (NCF4) являются аутосомными генами. Мутации в NCF1 обнаруживаются приблизительно у 20% CGD пациентов, в CYBA и NCF2 каждая приблизительно у 5% CGD пациентов, мутации в NCF4 редки. Эти величины варьируют в зависимости от социальных привычек, при этом аутосомно рецессивные CGD оказываются наиболее распространенными в странах с родственными браками. Пациенты с аутосомными CGD обнаруживаются в одинаковых количествах среди мужчин и женщин. Активированный белок RAC2 также важен, поскольку немногие пациенты с CGD-подобными симптомами, обнаруживаются при мутациях гена RAC2 [4, 5]. Наконец, в случаях тяжелого дефицита glucose-6-phosphate dehydrogenase, фагоциты не могут продуцировать достаточные количества NADPH чтобы удовлетворить полностью потребности в NADPH оксидазе, что снова приводит к появлению CGD-подобных симптомов [4].

Table 1

Properties of the phagocyte NADPH oxidase components and mutations in CGD patients

Итак, superoxide (O2c-) и его редуцированный продукт перикись водорода (H2O2) дают несколько дополнительных реактивных видов кислорода (ROS), которые совместно необходимы для адекватного уничтожения патогенов. Т.о., пациенты с CGD, у которых фагоцитарная NADPH оксидаза действует несоотв. образом, страдают от повторяющихся, угрожающих жизни инфекций определенными бактериями, грибами и дрожжами. Генетические мутации, лежащие в основе CGD, влияют на активность лейкоцитарной NADPH оксидазы. Рассмотрены вопросы терапии таких пациентов.