В дополнение к TLR-рецепторам (в первую очередь, TLR3 и TLR — 7,8), задействованным в распознавании вирусов, в клетках существует еще одна система сенсоров и сигнальных молекул, которые относят к RIG-I/MDA-5/LGP2 семейству.
Эти молекулы и их гены были первоначально обнаружены в результате совершенно разных функциональных скринингов, и поэтому они получили названия, не имеющие никакого отношения к своей основной функции (а порядка в номенклатуре еще не навели).
RIG-I — подобные рецепторы (RLR) экспрессируются практически во всех клетках. Этим они отличаются от антивирусных TLR, экспрессирующихся в специализированных клетках, таких как макрофаги и плазмоцитоидные дендритные клетки. Аналогично TLR3, RLR узнают двуцепочечные РНК, но не в эндосомах, а в цитоплазме. Существует специфичность в распознавании дсРНК отдельными молекулами этого семейства (т. е. RIG-I и MDA-5 отличаются по сродству к конкретным природным или неприродным двуцепочечным рибонуклеиновым кислотам). Как и в случае TLR9, распознающим дсДНК, природа этой специфичности еще до конца не понята.
Что же может придавать вирусной РНК химические или структурные элементы «чужого», которые могут быть распознаны сенсорами врожденного иммунитета? Ведь у собственной цитоплазматической РНК (включая и рибосомные РНК) встречаются «шпильки» — протяженные двуспиральные участки — почему же они не узнаются? Из матричного биосинтеза нуклеиновых кислот известно, что на 5-конце вновь синтезированной РНК содержится нуклеотидтрифосфат. Но у большинства собственных (клеточных) РНК 5-концевой трифосфат либо удален в результате действия фосфатаз, либо энзиматически модифицирован с образованием так называемого «кэпа» — структуры, необходимой для транспорта вновь синтезированной РНК из ядра в цитоплазму. Оказалось, что именно интактный нуклеотидтрифосфат на 5-конце вирусной РНК и является одним из сигналов «чужого» для таких сенсоров, как RIG-I-подобные рецепторы.
Однако RIG-I и MDA-5 являются не только сенсорами, но и инициаторами сигнального каскада, поэтому важно понять, какой домен связывается с РНК, какой — передаст сигнал, и как такая сигнализация запускается в результате связывания лиганда. В структуре RIG-I имеется модуль, способный взаимодействовать с РНК — геликазный домен, а также модуль, рекрутирующий каспазы (так называемый CARD домен, этот модуль отсутствует у LGP2). Геликазный домен позволяет RIG-I расплетать РНК за счет энергии расщепления АТФ, таким образом, RIG-I — это РНК-зависимая АТФаза. Можно было бы предположить, что именно геликазный домен и связывается с РНК. Однако RIG-I узнает не только трифосфолированную дсРНК, но и одноцепочечную РНК, причем ни расплетание дсРНК, ни расщепление АТФ сами по себе не достаточны для передачи сигнала, который должен приводить к синтезу интерферонов первого типа.
Оказалось, что главным для связывания с РНК является третий, С-концевой домен (он есть у всех трех членов этого семейства), структура которого была недавно экспериментально установлена и выявила бороздку, в которую может помещаться нуклеиновая кислота, причем эта бороздка окаймлена остатками лизинов, которые, по-видимому, и взаимодействуют с отрицательно заряженными фосфатными группами РНК. Считается, что для взаимодействия с лигандами RIG-I, по аналогии с TLR3, образует димеры, хотя никакого очевидного структурного сходства между RIG-I и TLR3 нет. Детали распознавания будут поняты только после установления структуры РНК-белкового комплекса с приличным разрешением.
Интересно, что RIG-I и MDA5 по-разному узнают короткие и длинные (в несколько тысяч пар нуклеотидов) дсРНК. Тот факт, что во взаимодействии принимают участие столь протяженные участки нуклеиновой кислоты, позволяет предположить, что в распознавании могут участвовать целые кластеры молекул RIG-I/MDA5, а не просто димеры.
Современная модель того, как работает RIG-I, предполагает, что после связывания РНК-лиганда с С-концевым доменом в молекуле RIG-I происходят АТФ-зависимые конформационные изменения, позволяющие «открыться» и геликазному домену и CARD домену, причем последний и рекрутирует в комплекс молекулы, запускающие сигнальный каскад (рис. 4). Этот каскад включает CARD-содержащий мембранный белок IPS-1 (также называемый MAVS, VISA или CARDIFF), который находится на митохондриях, где и собирается сигнальный комплекс. В результате активируется экспрессия интерферонов 1 типа (причем первоначальной мишенью является ген ИФН-бета, который после секреции через свои рецепторы запускает экспрессию многочисленных генов интерферона-альфа, которые, в свою очередь, запускают программу противовирусной защиты клетки).
Наоборот, в отсутствие РНК С-концевой домен R1G-I является ингибитором передачи сигнала, так как он способствует конформации молекулы, скрывающей CARD домен.
Аналогично некоторым NLR, RIG-I, кроме транскрипционной активации ИФН-бета (через так называемую IPS-1-сигналосому и транскрипционные факторы семейства IRF), способен передавать нетранскрипционный сигнал, состоящий в активации инфламосомы и активации другого цитокина — ИЛ 1-бета на уровне процессинга.
В заключение упомянем, что некоторые вирусы разработали стратегии уклонения от этого вида врожденного иммунного распознавания. Так, некоторые РНКовые вирусы «умеют» отщеплять свой 5 — концевой трифосфат, а другие — ковалентно пришивать на 5 — конец РНК специальный белок. В обоих случаях нарушается узнавание вирусного сигнала «чужого», и эта ветвь противовирусной защиты не запускается.