Двуспиральная РНК и врождённый иммунитет¶

Двуспиральная РНК (дцРНК, dsRNA) — это полимерная молекула рибонуклеиновой кислоты, состоящая из двух комплементарных цепей, соединённых водородными связями по принципу уотсон-криковского спаривания оснований. В отличие от одноцепочечной РНК, выполняющей в клетке преимущественно информационные и каталитические функции, дцРНК чаще выступает в роли сигнальной молекулы или генетического материала ряда вирусов. Для большинства эукариотических клеток длинная дцРНК является чужеродной структурой и служит одним из ключевых молекулярных признаков вирусной инфекции, распознаваемым системой врождённого иммунитета.

¶Структура и происхождение

Двуспиральная РНК образует правозакрученную спираль, напоминающую по геометрии A-форму ДНК, поскольку рибозный остаток содержит гидроксильную группу во 2'-положении, что делает спираль более широкой и менее гибкой, чем B-форма ДНК. Диаметр такой спирали составляет около 2 нм, а на один виток приходится примерно 11 пар оснований.

В клетке дцРНК возникает несколькими путями:

• как промежуточный продукт репликации РНК-содержащих вирусов (геномы которых часто представлены одно- или двуцепочечной РНК);
• как продукт транскрипции участков ДНК с инвертированными повторами, образующих шпилечные структуры;
• в ходе работы клеточных ферментов, синтезирующих комплементарную цепь на матрице РНК.

Считается, что в норме в цитоплазме здоровой клетки длинных дцРНК практически нет, поэтому их появление воспринимается как сигнал опасности.

¶Распознавание рецепторами врождённого иммунитета

Врождённый иммунитет — эволюционно древняя система защиты, распознающая консервативные молекулярные структуры патогенов, так называемые патоген-ассоциированные молекулярные паттерны. Для дцРНК такими сенсорами служат несколько классов рецепторов.

¶TLR3

Толл-подобный рецептор 3 (TLR3) локализован в мембранах эндосом и распознаёт дцРНК, попадающую в клетку при захвате вирусных частиц. Активация TLR3 запускает сигнальный каскад через адаптерный белок TRIF, что ведёт к продукции интерферонов I типа и провоспалительных цитокинов.

¶RIG-I-подобные рецепторы

Цитозольные сенсоры семейства RIG-I (RIG-I, MDA5, LGP2) обнаруживают дцРНК непосредственно в цитоплазме. Белок MDA5 распознаёт длинные дцРНК, а RIG-I — короткие структуры с характерными концевыми особенностями. Передача сигнала идёт через митохондриальный адаптер MAVS.

¶PKR и OAS

Протеинкиназа R (PKR) при связывании с дцРНК фосфорилирует фактор инициации трансляции eIF2α, что приводит к общему подавлению синтеза белка и торможению размножения вируса. Фермент 2'-5'-олигоаденилатсинтетаза (OAS) в ответ на дцРНК синтезирует олигомеры, активирующие РНКазу L, которая разрушает вирусную РНК.

¶Иммунный ответ и интерфероны

Совокупная активация перечисленных сенсоров приводит к экспрессии генов интерферонов I типа (ИФН-α и ИФН-β). Эти цитокины действуют аутокринно и паракринно: связываясь с рецепторами соседних клеток, они индуцируют сотни интерферон-стимулируемых генов, формируя так называемое противовирусное состояние. Клетка становится устойчивой к заражению, а заражённые клетки часто направляются к апоптозу.

¶РНК-интерференция

ДцРНК служит также субстратом для фермента Dicer, разрезающего её на короткие фрагменты длиной около 21–23 нуклеотидов — малые интерферирующие РНК. В составе комплекса RISC они обеспечивают последовательность-специфичное подавление экспрессии генов, в том числе вирусных. Этот механизм, открытый у растений и нематод, рассматривается как дополнительный эволюционный слой противовирусной защиты.

¶Применение и значение

Понимание того, как клетка распознаёт дцРНК, лежит в основе создания синтетических аналогов дцРНК (например, полиинозин-полицитидиловой кислоты) в качестве адъювантов вакцин и стимуляторов иммунитета. Агонисты TLR3 и RIG-I изучаются как потенциальные противоопухолевые средства. Нарушения в системе распознавания дцРНК связывают с аутоиммунными заболеваниями, при которых иммунитет ошибочно атакует собственные нуклеиновые кислоты.