ÖSSZEFOGLALÓ KÖZLEMÉNY
A hősokkfehérjék és a természetes immunitás sokrétű kapcsolata
Prechl József
 
 
 
 

DR. PROHÁSZKA ZOLTÁN1, 2 (levelező szerző), DR. FÜST GYÖRGY1, 2:
1Semmelweis Egyetem, ÁOK, III. Sz. Belgyógyászati Klinika, Kutatólaboratórium,
2MTA-SE Anyagcsere- és Atherosclerosis Kutatócsoport 1125 Budapest, Kútvölgyi út 4.
Telefon: (1) 355-1122/379, telefon/fax:(1) 212-9351, e-mail: prohoz@kut.sote.hu

Magyar Immunol/Hun Immunol 2003;2 (4): 25-32.

Érkezett: 2003. június 10.
Elfogadva: 2003. június 23.



ÖSSZEFOGLALÁS

A hősokkfehérjék minden élő sejt működésében alapvető szerepet játszanak; struktúrájukat igen konzerváltan őrizték meg az evolúció során. Stresszhatásra fokozott mértékben expresszálódnak, így ősi veszélyjelző molekulaként is működhetnek. A természetes immunitás sokrétű módon képes felismerni a hősokkfehérjéket. A specifikus felismerés és a konzerváltan megőrzött struktúra miatt a hősokkfehérjék immundomináns antigénként viselkednek a legtöbb bakteriális fertőzés során, ezzel megteremtik a lehetőségét a fertőzés által indukált autoimmun folyamatok elindulásának. Az emlősszervezetek az immunológiai homunculusban kódolt formában megőrzik a hősokkfehérjék képét, s így a szabályozó autoimmunitás fenntartásával védekeznek a sajátot károsító folyamatok ellen.

hősokkfehérje, természetes immunitás, felismerés, Toll-szerű receptorok


Hagyományos elképzelésünk szerint a hősokkfehérjék (Hsp) intracelluláris proteinek; az alapvető sejtfolyamatokban és azok szabályozásában vesznek részt. Ezek a funkciók kiterjednek a fehérjék születésénél való segédkezésre (chaperone, azaz dajkafehérje-működés), a sejten belüli molekuláris transzport irányítására, a károsodott fehérjék helyreállítására vagy megsemmisítésére (minőség-ellenőrzés), amely akár a programozott sejthalál beindításához is vezethet. A hősokkfehérjék ATP hasítása révén fejtik ki biokémiai hatásaikat. Jellegzetességük, hogy alapszintű expresszáltsági állapotukban a sejtek életében nélkülözhetetlen működéseket irányítanak; feladatukat egy jól szervezett gyár működéséhez hasonlóan töltik be ("molekuláris gépezet"). A hálózat mind funkcionális, mind strukturális értelemben igaz, irányítják a fehérjék születését, elhelyezkedését és lebomlását. Szerepük a sejtek életében alapvető és oly fontos, hogy egyetlen ma ismert élőlény sem tudja nélkülözni működésüket. A hősokkfehérjéket hagyományosan molekulatömegük alapján osztjuk családokba. Az egyes családok képviselői az első prokaryotáktól kezdve a gerincesekig funkcionális értelemben szinte minden fajban megtalálhatók, ez nagyon gyakran strukturális hasonlóságot is jelent. A hősokkfehérjék kitüntetett tulajdonsága, hogy a sejtet érő stresszhatásra az őket kódoló gének fokozott expresszióval képesek válaszolni. Ennek a folyamatnak a legfontosabb szabályozói a citoplazmában található hősokkfaktorok (HSF); ezek érzékeny stresszreceptornak tekinthető fehérjék. Ligandjaik a káro-sodott - hidrofób felszínnel is rendelkező - fehérjék. A fokozott expresszióra képes hősokkfehérjéket kódoló génszakaszok előtt minden esetben megtalálhatók az adott gént bekapcsoló, úgynevezett hősokkfaktor-reszponzív szakaszok (HSE). Tekintettel arra, hogy a HSF-HSE szabályozási útvonal a kezdetektől fogva - tehát már a baktériumoknál - hasonlóan működik, a baktériumok is képesek fokozott hősokkfehérje-expresszióval reagálni az őket érő stresszhatásokra. Ennek a ténynek nagyon fontosak a gyakorlati következményei a bakteriális hősokkfehérjék immunológiai viselkedésére nézve. A hősokkfehérjék rendkívüli funkcionális és strukturális konzerváltsága miatt ugyanis az egyes kórokozó speciesek hősokkfehérje-molekulái annyira hasonlóak, hogy patogénmintázattal asszociált molekulákként viselkednek.
 

A hősokkfehérjék dajkaszerepe az adaptív immunválasz kialakulásában

Sejtfelszíni hősokkfehérje-felismerő struktúrák

Az elmúlt években számtalan bizonyíték gyűlt össze arról, hogy a monocyták, a dendritikus sejtek felismerik a hősokkfehérjéket, és a hősokkfehérje-receptorok közvetítésével célsejteket aktiválnak. Először 1993-ban Friedland és munkatársai humán monocytasejteken igazolták, hogy a Hsp65 (a M. tuberculosis chaperoninja) stimulációja hatására proinflammatorikus citokinek szabadulnak fel (1); e vizsgálatokat később mások Hsp60 (2, 3) és Hsp70 (4) esetében is megerősítették. Azóta több munkacsoport is beszámolt a hősokkfehérjék különféle egyéb szerepeiről immunológiai és nem immunológiai modellekben (5). Legtöbbet a Hsp60 molekulát tanulmányozták. Jóllehet a szerzők a sejtaktivációhoz használt rekombináns preparátumokban megfelelő kontrollok bevonásával igyekeztek kizárni a lipopoliszacharid- (LPS-) kontamináció szerepét, hangsúlyozni kell, hogy a korai tanulmányok eredményei közül néhányat ez mégis befolyásolhatott. A lipopoliszacharidnak és a hősokkfehérjéknek ugyanis meglepően hasonló, szinte azonos a hatása a macrophagokra és a dendritikus sejtekre: mindkettő aktiválja őket, érésüket elősegíti és Th1-jellegű citokinválaszt indukál. A Hsp60 fehérjék citokinszekrécióra kifejtett hatásain túl számos más szerepet is tulajdonítottak a molekuláris chaperone-oknak, mint például az endothelsejtek (6) és az epithelsejtek aktivációját, a csontfelszívódás beindítását (7) és az idegsejtek védelmét (8). Azt találták továbbá, hogy a hősokkfehérjék (legfőképpen a gp96 és a Hsp70) figyelemreméltó hatékonysággal indítják be a T-sejt-mediálta immunválaszt a tumorokkal és a vírusokkal szemben (9). Az erős immunválasz hősokkfehérjék általi elindításának molekuláris mechanizmusa azzal a ténnyel magyarázható, hogy a hősokkfehérjék természetes adjuvánsként aktiválják az antigénprezentáló sejteket. Az elkövetkező évek során derült ki az, hogy bizonyos sejttípusok specifikus felszíni hősokkfehérje-receptorokkal rendelkeznek. A hősokkfehérjék endocitózisa révén hatékonyan aktiválhatóak a sejtek, és az endoplazmatikus retikulumon keresztül a chaperone által hordozott peptidek az I-es és a II-es osztályba tartozó MHC-molekulák révén prezentálódnak.

Az elmúlt években néhány felszíni receptorról, például a Toll-szerű receptorcsaládról (TLR) és az alfa-2-makroglobulin-receptorról (CD91) írták le, hogy valószínűleg hősokkfehérjereceptor-molekulák. 1999-ben Amir Kol és munkatársai számoltak be elsőként az endothelsejtek, a simaizomsejtek és a macrophagok aktivációjáról Chlamydia és humán Hsp60-molekulák hatására, amely a lipopoliszachariddal történő aktivációhoz hasonlóan ment végbe (10). Az ezt követő vizsgálatok eredményei rámutattak arra, hogy az aktiváció CD14 nélkül nem megy végbe, de más molekulák is részt vesznek a Hsp60-jelátvitelben (11). A Moshe Arditi által vezetett csoport további bizonyítékokkal szolgált macrophagokban a TLR4-en keresztül végbemenő, korábban már leírt Hsp60-jelátvitelről (12). Kimutatták, hogy a jelátvitelhez MD2 szükséges, MyD88- (myeloiddifferenciáló 88. faktor) függő módon (13). Ebben a rendszerben a TLR2 jelenléte nem függött össze a Hsp60-jelátvitellel. Ezzel szemben Vabulas és munkatársai leírták, hogy a TLR2-vel transzfektált 293T-sejtek a cHsp60-ra válaszolnak (14). A szerzők nem jelezték azonban, hogy milyen tisztaságú cHsp60 fehérjével dolgoztak, így elképzelhető, hogy a transzfektált sejtekben kapott válasz mögött lipopoliszacharid-kontamináció állt, amely a TLR2-útvonalon keresztül hat. E funkcionális vizsgálatokon túl Habich és munkatársai meggyőző, receptorkötéssel foglalkozó tanulmányokat végeztek (15). Ezeknek a tanulmányoknak az egyértelmű eredményei szerint a CD14-TLR4 receptorkomplex nem vesz részt a Hsp60 kötésében, viszont a macrophagokban közvetítő szerepet tölt be a ligandkötés utáni lépéseknél a Hsp60 további jelátvitelében. Érdekes, hagy a Hsp60 megkötéséért felelős struktúra eltért az egyéb hősokkfehérje- (Hsp70- és gp96-) receptoroktól, ezt elegáns kompetíciós kísérletekben igazolták. Részben ezeket a felfedezéseket támasztják alá azok az eredmények, ahol a Hsp60 és a Hsp70 egyértelműen kötődött a CD14-, TLR4- monocyta eredetű humán dendritikus sejtekhez (16). Habich és munkatársainak eredményeivel szemben a szerzők arra a következtetésre jutottak, hogy a Hsp60 és a Hsp70 közös receptorral rendelkezik a dendritikus sejteken (16). Ezeknek az eredményeknek egyik alternatív magyarázatát adhatja azonban az, hogy a CD14-TLR4- monocyta eredetű humán dendritikus sejteken egymással párhuzamosan kétféle Hsp60- és Hsp70-receptor található. A TLR5-molekula szintén potenciális Hsp60-felismerő struktúra lehet, mivel a TLR5 klasszikus ligandja, a flagellin néhány epitópjában megegyezik a Hsp60-nal (17).

A Hsp70 jelátviteli mechanizmusával kapcsolatban: Vabulas és munkatársai nemrégiben számoltak be arról, hogy Hsp70-stimulációra a TLR2- és a TLR4-függő jelátviteli útvonalak válaszolnak (18). Lényegében ugyanerre a következtetésre jutottak egy másik tanulmányban is: a CD14-től függetlenül a TLR2- és a TLR4-útvonalon egyaránt megfigyeltek jelátvitelt (19).

A Toll-szerű receptorcsalád nem az egyetlen olyan csoportja a sejtfelszíni molekuláknak, amely szerepet játszhat a Hsp-kötésben és -jelátvitelben. Pramod Srivastava csoportja élen jár az alfa-2-makroglobulin- (alfa2-M-) receptornak (CD91) a hősokkfehérjék megkötésében és endocitózisában betöltött szerepe tanulmányozásában. Eredményeik szerint a CD91 molekula (amelyet LDL-receptor-szerű molekula néven is ismernek) egy további ligandja a gp96 (20). Már korábban kimutatták, hogy a CD91 a plazmában lévő glikoprotein alfa2-M aktivált formájához kapcsolódik. Az alfa2-M különféle molekulákkal, többek között proteázokkal és növekedési faktorokkal való kötődéskor aktiválódik, egyúttal inaktiválja a megkötött molekulákat. Az alfa2-M-en kívül egyéb CD91-ligandokat - például a szövetspecifikus plazminogénaktivátor-inhibitor komplexet és az urokináz-PAII komplexet is - sikerült azonosítani; ez egyértelműen arra utal, hogy a CD91 számos extracelluláris plazmatermék eltakarításában játszik szerepet (20). Miután a gp96 a CD91-hez kötődött, a gp96 és a komplexként rajta található peptidjei endocitózissal az endoplazmatikus retikulumba jutnak, a peptideket az I-es és a II-es osztályhoz tartozó MHC-molekulák újra bemutatják az antigénprezentáló sejtek felszínén. Ezzel párhuzamosan az antigénbemutató sejtek aktiválódnak, a proinflammatorikus citokinek (TNF-alfa és GM-CSF) szekréciójával egy időben kostimulációs molekulák jelennek meg, amelyek az adott peptidet felismerő T-sejt-választ serkentik. Attól függően, hogy a sejtek stimulálására használt hősokkfehérje milyen sejtből származott (például vírussal fertőzött vagy tumorsejt), azaz milyen peptideket hordoz a felszínén, hatásos T-sejt-válasz indulhat be az adott peptidek és így az antigének ellen is (9). Az ezt követő kísérletek egyértelműen bebizonyították, hogy a CD91 fehérje a gp96, a Hsp90, a Hsp70 és a kalretikulin általános receptora (21). Két nemrégiben megjelent tanulmányban azonban azt vetik fel, hogy a gp96 sejtekhez való kötődése és a TLR-útvonalon keresztüli jelátvitel CD91-től függetlenül megy végbe (22, 23). Ez a tény erősen alátámasztja azt, hogy a CD91 (kis affinitással) a Hsp70 és a Hsp90 családnak mintegy segédreceptora, és ezeket a molekulákat a Toll-szerű receptorokhoz irányítja. Jelenleg csak feltételezzük, hogy további molekulák is részt vesznek a hősokkfehérjék megkötésében és a Toll-szerű receptorokhoz irányításában.

Gao és munkatársai kimutatták, hogy az általános vélekedéssel szemben a lipopoliszacharid kis koncentrációban hővel szemben érzékeny; ez arra utal, hogy a  hőinaktiválás nem megfelelő kontroll az LPS-szennyezés kiküszöbölésére (24). Ugyanez a munkacsoport legfrissebb cikkében arról számolt be, hogy a Hsp60 preparátum LPS-mentesítése azt eredményezi, hogy a preparátum elveszti a TNF-alfa-szekréciót fokozó hatását egér macrophagsejtjei esetében (25). Bausinger és munkatársai azt közölték, hogy olyan Hsp-70-készítménnyel, amely <10 IU/mg lipopoliszacharidot tartalmazott ("endotoxinmentes"), nem tudták kiváltani a dendritikus sejtek aktivációját (26). Ezekből az eredményekből arra következtethetünk, hogy igen kis mennyiségű endotoxin is - 10-60 IU/mg, ami az úgynevezett "alacsony endotoxintartalmú" preparátumokban szokványosan jelen van - jelentősen befolyásolhatja a hősokkfehérjék hatását, ráadásul a szokványosan alkalmazott kontrollok nem megfelelőek ennek kiküszöbölésére. A következő évek kísérletei alapján kell megválaszolni azt a kérdést, hogy a hősokkfehérjéknek van-e egyáltalán citokinszerű hatása, vagy mindez csak az LPS-szennyezés eredménye. A legújabb, igen kritikus és sokféle kontrollt alkalmazó vizsgálatok arra utalnak, hogy a "tiszta" Hsp-készítményeknek nincs citokinszerű hatása, a jelölt Hsp-mulekulákkal végzett Hsp-receptor-vizsgálatokban viszont egyértelmű és specifikusnak tűnő kötődést írtak le.

Mindent összevetve, csak részben ismerjük a macrophagokon és a dendritikus sejteken található, a Hsp60, Hsp70, Hsp90, és gp96 kötéséért felelős felszíni komplexek összetételét. Úgy tűnik, hogy a Hsp60-at kötő ismeretlen receptor eltér a többi hősokkfehérje receptoraitól. A Hsp70-nek valószínűleg legalább két különböző receptora létezik, egy nagy és egy kis affinitású (feltehetőleg ez a CD91 molekula). Feltehetően a Hsp60 kivételével a többi hősokkfehérje általános receptora a CD91; ez a hősokkfehérjék megkötéséért felelős, de ma még ismeretlen a TLR-útvonal ezt követő aktivációjának pontos mechanizmusa. A hősokkfehérjék jelátvitelében a Toll-szerű (TLR2- és TLR4-) receptor-komplex és az ahhoz kapcsolódó segédfehérjék (MD2 és MyD88) vesznek részt (1. ábra).
 

1. ábra. A dendritikus sejteken található hősokkfehérje-receptorok felépítése. A hősokkfehérjék által kiváltott jelátviteli folyamatok NF-kappaB-aktivációhoz vezetnek; ennek biztosan résztvevői a 2-es és 4-es Toll-szerű receptorok, a receptorkomplex pontos összetétele azonban nem ismert. Egy ma még nem ismert molekula teszi lehetővé, hogy a Hsp60 kapcsolódjon a sejtekhez, majd kölcsönhatásba lépjen a TLR4-gyel. Felmerült, hogy ez a molekula a CD14 lenne. A Hsp70 kötődésében több feltételezett molekula is részt vesz, találunk közöttük kis és nagy affinitással rendelkezőket is (erre utal az LA, illetve a HA jelzés). A kis affinitású Hsp70-receptor feltehetően azonos a CD91 (alfa-2-makroglobulin-receptor-) molekulával. Kérdéses, hogy a CD91 fehérje játszik-e szerepet a jelátvitel közvetítésében, vagy inkább csak adapterszerű protein. Feltételezhető, hogy a TLR4-es homodimer, illetve a TLR2 által képzett heterodimer receptorokon kívül más molekulák is szerepelnek a jelátviteli folyamat továbbításában. A hősokkfehérjéket felismerő receptorkomplex nagyon hasonló a lipopoliszacharidokat felismerő receptorkomplexhez.

Az üres nyíl feltételezett folyamatra, a tele nyíl valóságos folyamatra utal.

 

Egyéb hősokkfehérje-felismerő molekulák

Léteznek hősokkfehérjék felismerésére képes, szolúbilis molekulák. Munkacsoportunk elsőként tanulmányozta és mutatta ki a hősokkfehérjék komplementaktiváló képességét. Felülethez kötött Hsp70 esetében a klasszikus útvonal jelentős aktivációját figyeltük meg (27). Az aktiváció első lépése során az első komplementkomponens, a C1q a Hsp70 fehérje N-terminális doménjéhez kötődik (28). Ugyanakkor feltételezhető, hogy oldott állapotban a C1q-Hsp70 interakció kialakulása után a komplementaktiváció limitált, inkább az opszonizáció dominál. Ennek révén a komplementrendszerrel való interakció jelentősen befolyásolhatja a Hsp70 extracelluláris életét, szabályozva a lebomlását. A Hsp60 esetében szintén a klasszikus útvonal aktivációját figyeltük meg (29), ebben az esetben az aktiváció fő szabályozói a specifikus Hsp60-ellenes antitestek. A hősokkfehérjékhez kapcsolódó molekulák - antitestek és a C1q - alapvetően befolyásolhatják a hősokkfehérjék hatásait. Megakadályozhatják például receptorhoz kötődésüket, gyorsíthatják lebomlásukat, vagy megváltoztathatják akár a sejtfelszíni felismerő komplex összetételét is (Fc-, illetve C1q-receptorok toborzása). Ezek a feltételezett mechanizmusok további vizsgálatokat igényelnek; azt azonban már most is hangsúlyozhatjuk, hogy a sejtkultúrák körülményei és az in vivo állapot között nagy eltérés adódhat, ezért az in vitro eredmények alapján csak óvatos következtetéseket szabad levonni.

Összefoglalva: a hősokkfehérjék több ponton is kölcsönhatásba lépnek a természetes immunitással; szolúbilis és felszínhez kötött molekulák ismerik fel őket, amelyet ezen ősi rendszer humorális és sejtes résztvevőinek aktivációja követ.
 

Felismerési folyamatok és az adaptív immunitás szabályozása
 

1. táblázat. A természetes immunrendszer sejtjeinek aktivációja Toll-szerű receptorokon keresztül, hősokkfehérjék és lipopoliszaharid (LPS) hatására.

DC: dendritikus sejt, GDF5: növekedésdifferentációs 5. faktor, Hsp: hősokkfehérje, IRAK: IL-1-receptor-asszociált kináz, IRF3: interferonregulált 3. faktor, LBP: lipopoliszacharidkötő fehérje, LPS: lipopoliszacharid, MyD88: myeloiddifferenciáló 88. faktor, PKR: kétszálú RNS-dependens proteinkináz, TIRAP (másutt Mal): TIR-tartalmú adapterprotein (vagy másutt MyD88-adapter-szerű), TAK: TGF-béta-aktivált kináz, TLR: Toll-szerű receptor, TRAF: TNF-receptor-asszociált faktor

 

A dendritikus sejtek a természetes és az adaptív immunitás határmezsgyéjén helyezkednek el. Az adaptív immunrendszer hatékony aktiválása csak a dendritikus sejtek serkentése révén mehet végbe a konzervált molekuláris mintázattal rendelkező kórokozók által. Az ezt követő folyamatot a dendritikus sejtek érésének nevezzük. Ez összetett folyamat: a kostimulátoros aktivitás serkentése, a proinflammatorikus citokinek szekréciója, antigénfeldolgozás és -bemutatás, illetve a nyirokcsomóba való migráció jellemzi. A dendritikus sejtek kórokozók által beindított érését döntően a Toll-szerű receptorok közvetítik (1. táblázat), ahogyan azt egy, MyD88-deficiens egerekkel végzett kísérletben is kimutatták (30, 31). A MyD88-deficiens dendritikus sejtek érése nem indult be a vizsgált, patogénmintázatot mutató molekulákkal végzett stimuláció során (kivétel: lipopoliszacharid). In vitro e dendritikus sejtek hatására a naiv, antigénspecifikus T-sejtek nem válnak aktivált T-sejtekké. Ezenkívül a MyD88-deficiens egerek komplett Freund-adjuvánsban adott, ovalbuminnal végzett immunizációjakor nem jön létre ovalbuminspecifikus T-sejt-válasz. Ezek az egerek nem képesek IFN-gamma- és ovalbuminspecifikus IgG2a antitestek termelésére sem. Ezek a defektusok - legalábbis részben - abból erednek, hogy a dendritikus sejtek nem képesek IL-12-t termelni. Figyelemreméltó azonban, hogy a MyD88-deficiens egerekben a B-sejtek átlagos mennyiségű antigénspecifikus IgG1-et és IgE-t termelnek, míg restimuláció során a T-sejtek több IL-13-at termelnek, mint a vad típusba tartozó egerek (31). Nyilvánvaló, hogy ezeknél az egereknél szelektíven károsodott a Th1-válasz, míg a Th2-válasz ép; úgy tűnik, hogy a Toll-szerű receptorok csak a Th1-es túlsúlyú gyulladás beindítását szabályozzák (30).

E megfigyelések tükrében gondosan szemügyre kell vennünk az adaptív immunválasz elindításában a felismerés környezetének jelentőségét. A stimulus jellegétől, mégpedig a felismert struktúrák összetételétől függ, milyen típusú immunválasz indul el. Abban az esetben, mikor egy "szokványos", az összes gyakori patogénasszociált molekuláris mintázatot hordozó kórokozó az inger, egy hatékony, de kiegyensúlyozott válasz veszi kezdetét. Valamilyen (például komplett Freund-) adjuvánssal végzett immunizáció esetén azonban erőteljes Th1-es típusú reakció zajlik. Mivel úgy tűnik, hogy a Hsp60 elindítja a MyD88-függő Th1-es típusú választ indukáló útvonalat (13), bármilyen, a felismerés során a Hsp60-nal kölcsönhatásba lépő tényező megváltoztathatja a válasz természetét, felborítva ezáltal a Th1-Th2 egyensúlyt. Feltételezhetően a Hsp60-nal reagáló preformált antitestek szabályozzák a felismerési folyamatot azáltal, hogy leállítják a Hsp60 által elindított jelátvitelt a TLR4-MyD88 útvonalon keresztül.
 

Extracelluláris hősokkfehérjék

Ami a természetes immunológiai felismerést illeti, mind a Hsp70, mind a Hsp60 jelentős mennyiségben megtalálható az egészséges személyek keringésében (32, 33). Ma még nem ismert a plazmában található szolúbilis hősokkfehérjék forrása. Egyik sejttípus esetében sem találtak szabályozott hősokkfehérje-szekrécióra utaló jeleket. Lehetséges magyarázatként szóba jön, hogy bizonyos molekulák exocitózisa során a tekeredésüket szabályozó dajkafehérjék is távoznak passzív módon a sejtből. Egy másik, szintén passzív hősokkfehérje-felszabadulás mehet végbe akkor, amikor a nekrózis - és kisebb mértékben az apoptózis - során elpusztult sejtekből intracelluláris molekulák szabadulnak fel. A Hsp60 passzív felszabadulása ellen szól az a tény, hogy a szolúbilis Hsp60-szint szorosan összefügg a TNF-alfa-szinttel, és nők esetében kapcsolatban áll a szociális izolációval és a szorongással (33). Egy nemrégiben felvetődött alternatív magyarázat szerint a szolúbilis hősokkfehérjék jelenléte a keringésben arra utal, hogy a hősokkfehérjék intercelluláris stresszjelző molekulákként működnek (5). A hipotézis kísérletes bizonyítékai azonban még hiányoznak. A szerzők feltételezése szerint a hősokkfehérjék mint ősi stresszjelző molekulák a magasabb rendű szervezetekben is betöltik eredeti funkciójukat, és szövetről szövetre - vagy szervről szervre - továbbítják a stressz "hírét". Azt is feltételezték (20), hogy az antigénbemutató sejtek számára a CD91 az alfa2-M és egyéb plazmaligandok révén mintavételi lehetőséget nyújt az extracelluláris környezetből, illetve a hősokkfehérjék, különösképpen a gp96 család révén, a szövetek intracelluláris miliőjéből. Ha kiterjesztjük a hősokkfehérjék sejt-sejt közötti jeltovábbító szerepét, és feltételezzük, hogy az aktivált antigénbemutató sejtek aktív módon hősokkfehérjéket termelnek, azt is feltételezhetjük, hogy az antigénbemutató sejt a másik antigénbemutató vagy egy arra fogékony más sejtnek hősokkfehérjék segítségével ad jeleket az általa "látott" antigénképről. Figyelembe véve a folyamatos, kisfokú - a bélflórából kiinduló - endotoxaemiát és a lipopoliszacharidok által kismértékben stimulált antigénbemutató sejteket, ez az elmélet magyarázatul szolgálhat a szolúbilis hősokkfehérjék jelenlétére egészséges személyeknél. A szolúbilis hősokkfehérjék nagyon kis koncentrációjú lipopoliszachariddal együtt (talán komplexképződés révén? [34]) a természetes immunitás sejtjeinek felszínéhez kötődve folyamatos serkentő impulzusokat közvetítenek; ez magyarázatul szolgálhat Triantafilou és munkatársai nem várt megfigyelésére, miszerint a Hsp70 és a Hsp90 molekulák beolvadnak a lipopoliszacharid-kötő receptorkomplexbe (35). Mindezek alapján lehetséges, hogy a keringésben folyamatosan jelen lévő hősokkfehérjék jelentik azt a stresszjelet az antigénbemutató sejteknek, amelynek hatására azok aktívak, reakcióképesek, "fittek" lesznek.
 

A hősokkfehérjék immunológiai védelme

A hősokkfehérjék - a baktériumoktól kezdve az emberig - strukturálisan igen konzervált molekulák; ez nemcsak molekuláris szerkezetükre, biokémiai sajátosságaikra, de immunológiai (epitóp-) felépítésükre is igaz. Nem meglepő tehát, hogy számos, különböző autoimmun folyamatokra jellemző autoantigén a hősokkfehérjékkel közös epitópokkal rendelkezik36. Ezek az eredmények alátámasztják azt a régóta ismert megfigyelést, amely szerint a fertőzések autoimmun folyamatokat indíthatnak el. Sokkal meglepőbb azonban az a tény, hogy az autoimmun betegségek ritkák, és csak néhány, konzervált természetű autoantigénnel szemben jön létre jól definiálható autoimmun reakció. Azon elmélet alapján, miszerint a sajáttal szembeni tolerancia forrása a clonalis deletio, elképzelhető, hogy minél inkább hasonlít egy molekula a sajátra, annál kevésbé immunogén. Éppen ezért meglepő, hogy a legkülönfélébb fertőzések során felismert fő antigének között több olyat is találunk, amelyek konzervált fehérjecsaládokba tartoznak - mint például a hősokkfehérjék - és a gazdaszervezet molekuláival nagymértékben egyező szekvenciákat tartalmaznak. A fent említett ellentmondásokkal kapcsolatos érdekes hipotézist - az úgynevezett immunológiai homunculus elméletét - Irun Cohen és munkatársai vetették fel (37). Az elképzelés szerint néhány, vagy talán az összes fő autoantigén tulajdonképpen domináns, mert valamennyi kódolva van az immunrendszer szervezeti felépítésében. Mindegyik domináns saját antigénre egy egymással kölcsönhatásban álló T- és B-sejt-populáció jut, amelyet az antigénnek megfelelő receptorral rendelkező (antigénspecifikus) sejtek és az antigénspecifikus receptoroknak megfelelő receptorral rendelkező (anti-idiotípus) sejtek alkotnak. Serkentő és gátló lymphocyták egyaránt vannak közöttük. A hálózaton belül a különböző, egymással kölcsönhatásban lévő lymphocyták között a kölcsönös interakciónak köszönhetően néhány lymphocyta még anélkül is aktiválódik, hogy a specifikus antigénnel immunogén formában kapcsolatot teremtett volna. Az egymással összekapcsolt lymphocyták egy adott mintázata által meghatározott autonóm aktivitási állapot alkotja egy adott saját antigén funkcionális leképezését, amely köré a hálózat szerveződik. Más szavakkal, a saját antigén képe lymphocyták egy csoportjában van kódolva.

Az immunológiai homunculus leírásának idején (37) még nem ismerték, hogy a természetes immunitás sejtjei - sőt, a B-sejtek is - több receptorral rendelkeznek a konzervált, patogénekre jellemző antigének - mint például a hősokkfehérjék - felismerésére. Ezeket a receptorokat nevezzük mintázatfelismerő receptoroknak. A konzervatív molekulák felismerése mintázatfelismerő receptorokkal nagy valószínűséggel szintén lényeges mozzanat abból a szempontból, miért ezek a molekulák váltak immundominánsokká a fertőzés során. Cohen specifikus és anti-idiotípus receptorokról mint az immundominancia mozgatórugóiról alkotott eredeti elképzelését kiválóan alátámasztja az, hogy ugyanazon antigének (például hősokkfehérjék) hatékony és tág specificitású receptorának egy harmadik típusát írták le (1. ábra).

Bár többen vitatták az ötletét és az immunológusok messze nem fogadták el teljes körűen elméletét, néhány nemrégiben napvilágra került eredmény alátámasztja a szabályozó természetes autoimmunitás létezését. Az egyik legerősebb bizonyíték a természetes, sajáttal reagáló antitestek egyre mélyrehatóbb megértése és jellemzése. Legutóbb a Hsp90-nel reagáló ellenanyagokról mutatták ki, hogy a természetes autoantitest-repertoár részét képezik, és ezek a jelentős keresztreakcióval jellemezhető antitestek elsősorban az IgG2-es alosztályba tartoznak (38). Ezenkívül Pashov és munkatársai tanulmányukban - annak ellenére, hogy az anti-Hsp90 ellenanyagok az antigének ugyanazon csoportjához kötődnek - kvantitatív eltéréseket mutattak ki a vizsgált antitestek között. E megfigyelések alapján az immunológiai homunculusról alkotott elképzelés a B-sejtek irányában is kibővíthető. Úgy tűnik tehát, hogy a természetes autoantitest-repertoár minőségi összetételét tekintve változatlan, a nagymértékben konzervált, immundomináns antigének ellen irányul. Mennyiségi arányait tekintve viszont különbözhet egyed és egyed között, mindazonáltal a mintázat egy életen át konzerváltnak tűnik (38-40). Saját megfigyeléseink (közlés alatt) szerint a Hsp60 elleni autoantitestek egészségesek esetében ötéves időszak alatt teljesen stabil eloszlást mutattak, vagyis akik szervezete a megfigyelési periódus elején a legnagyobb vagy a legkisebb mennyiségben tartalmazta ezeket az antitesteket, annál a követés végén is hasonló koncentrációt tapasztaltunk. Nagy valószínűséggel genetikai tényezők állnak az egyes természetes autoantitest-szintek kialakulásának hátterében. Vizsgálataink szerint például az interleukin 6 gén promóterének -174-es pozíciójában (41) és az immunglobulin konstans régióját kódoló génekben (nem közölt megfigyelés) találhatók olyan locusok, amelyek alacsony vagy magas autoantitest-szintekkel hozhatók összefüggésbe.

Az elkövetkező kutatásoknak kell fényt derítenie a homunculus "méretét" meghatározó szabályozófolyamatokra. Jelenleg csak elméletek szintjén gondolkodhatunk arról, hogy ebben a vonatkozásban mit jelent az élet során elszenvedett fertőzések összeadódó hatása és a gazdaszervezet genetikai háttere, amelyen keresztül felismeri és kezeli ezt. Az biztos, hogy az immunológiai homunculus "tanul", elraktározza az élet során elszenvedett fertőzések "képét" és felhasználja saját védelmében. Ha nem alakul ki ez a kép - és nem adódik tovább a magzatnak az anyai immunglobulinokkal -, akkor károsodhat saját védelme. A közönséges fertőző betegségek ebben az értelemben szükségesek az egészség fenntartásához, azaz egyfajta optimális stressz kialakításához. Említésre méltó az a tény, hogy a homunculus egyre gyakrabban hibázik, vagyis növekszik az autoimmun és az allergiás betegségek prevalenciája és incidenciája a "nyugati" országokban; ezzel egy időben az oltások következtében egyes gyakori fertőző betegségeket szinte teljes mértékben eradikáltak, civilizált életmód és az antibiotikumok szinte kontrollálatlan használata jellemző.

Köszönetnyilvánítás
A munka elkészítését az Európai Unió az Athernet (www.athernet.hu) pályázattal támogatta.

IRODALOM

  1. Friedland JS, Shattock R, Remick DG, Griffin GE. Mycobacterial 65-kD heat shock protein induces release of proinflammatory cytokines from human monocytic cells. Clin Exp Immunol 1993;91:58-62.
  2. Peetermans WE, Langermans JA, van der Hulst ME, van Embden JD, van Furth R. Murine peritoneal macrophages activated by the mycobacterial 65-kilodalton heat shock protein express enhanced microbicidal activity in vitro. Infect Immun 1993;61:868-75.
  3. Retzlaff C, Yamamoto Y, Hoffman PS, Friedman H, Klein TW. Bacterial heat shock proteins directly induce cytokine mRNA and interleukin-1 secretion in macrophage cultures. Infect Immun 1994;62:5689-93.
  4. Beagley KW, Fujihashi K, Black CA, et al. The Mycobacterium tuberculosis 71-kDa heat shock protein induces proliferation and cytokine secretion by murine gut intraepithelial lymphocytes. Eur J Immunol 1993;23:2049-52.
  5. Ranford JC, Coates ARM, Henderson B. Chaperonins are cell-signalling proteins: the unfolding biology of molecular chaperones. Exp Rev Mol Med 2000; available at http://www.ermm.cbcu.cam.ac.uk
  6. Verdegaal ME, Zegveld ST, van Furth R. Heat shock protein 65 induces CD62e, CD106, and CD54 on cultured human endothelial cells and increases their adhesiveness for monocytes and granulocytes. J Immunol 1996;157:369-76.
  7. Kirby AC, Meghji S, Nair SP, et al. The potent bone-resorbing mediator of Actinobacillus actinomycetemcomitans is homologous to the molecular chaperone GroEL. J Clin Invest 1995;96:1185-94.
  8. Zamostiano R, Pinhasov A, Bassan M, et al. A femtomolar-acting neuroprotective peptide induces increased levels of heat shock protein 60 in rat cortical neurons: a potential neuroprotective mechanism. Neurosci Lett 1999;264:9-12.
  9. Srivastava PK, Menoret A, Basu S, Binder RJ, McQuade KL. Heat shock proteins come of age: primitive functions acquire new roles in an adaptive world. Immunity 1998;8:657-65.
  10. Kol A, Bourcier T, Lichtman AH, Libby P. Chlamydial and human heat shock protein 60s activate human vascular endothelium, smooth muscle cells, and macrophages. J Clin Invest 1999;103:571-7.
  11. Kol A, Lichtman AH, Finberg RW, Libby P, Kurt-Jones EA. Cutting Edge: Heat shock protein (HSP) 60 activates the innate immune response: CD14 is an essential receptor for HSP60 activation of mononuclear cells. J Immunol 2000;164:13-7.
  12. Ohashi K, Burkhart V, Flohe S, Kolb H, Cutting E. Heat shock protein 60 is a putative endogenous ligand of the Toll-like receptor 4 complex. J Immunol 2000;164:558-61.
  13. Bulut Y, Faure E, Thomas L, et al. Chlamydial heat shock protein 60 activates macrophages and endothelial cells through Toll-like receptor 4 and MD2 in a MyD88-dependent pathway. J Immunol 2002;168:1435-40.
  14. Vabulas RM, Ahmad-Nejad P, daCosta C, et al. Endocytosed heat shock protein 60s use TLR2 and TLR4 to activate the Toll/interleukin-1 receptor signaling pathway in innate immune cells. J Biol Chem 2001;276:31332-9.
  15. Habich C, Baumgart K, Kolb H, Burkart V. The receptor for heat shock protein 60 on macrophages is saturable, specific, and distinct from receptors for other heat shock proteins. J Immunol 2002;168:569-76.
  16. Lipsker D, Ziylan U, Spehner D, et al. Heat shock proteins 70 and 60 share common receptors which are expressed on human monocyte-derived but not epidermal dendritic cells. Eur J Immunol 2002;82:322-32.
  17. Sigal LH, Williams S, Soltys B, Gupta R. H9724, a monoclonal antibody to Borrelia burgdorfer's flagellin, binds to heat shock protein 60 (HSP60) within live neuroblastoma cells: a potential role for HSP60 in peptide hormone signaling and in an autoimmune pathogenesis of the neuropathy of Lyme disease. Cell Mol Neurobiol 2001;21:477-95.
  18. Vabulas RM, Ahmad-Nejad P, Ghose S, Kirschning CJ, Issels R, Wagner H. HSP70 as endogenous stimulus of the Toll/interleukin-1 receptor signal pathway. J Biol Chem 2002;277:15107-12.
  19. Asea A, Rehli M, Kabingu E, et al. Novel signal transduction pathway utilized by extracellular HSP70: role of toll-like receptor (TLR) 2 and TLR4. J Biol Chem 2002;277:15028-34.
  20. Binder RJ, Han KD, Srivastava PK. CD91: a receptor for heat shock protein gp96. Nat Immunol 2000;1:151-5.
  21. Basu S, Binder RJ, Ramalingam T, Srivastava PK. CD91 is a common receptor for heat shock proteins gp96, Hsp90, Hsp70, and calreticulin. Immunity 2001;14:303-13.
  22. Vabulas RM, Braedel S, Hilf N, et al. The endoplasmic reticulum-resident heat shock protein gp96 activates dendritic cells via the Toll-like receptor 2/4 pathway. J Biol Chem 2002;277:20847-53.
  23. Berwin B, Hart JP, Pizzo SV, Nichitta CV. Cutting Edge: CD91-independent cross-presentation of grp94(gp96)-associated peptides. J Immunol 2002;168:4282-6.
  24. Gao B, Tsan MF. Endotoxin contamination in recombinant human heat shock protein 70 (Hsp70) preparation is responsible for the induction of tumor necrosis factor a release by murine macrophages. J Biol Chem 2003;278:174-9.
  25. Gao B, Tsan MF. Recombinant human heat shock protein 60 does not induce the release of tumor necrosis factor from murine macrophages. J Biol Chem 2003;278:22523-9.
  26. Bausinger H, et al. Endotoxin-free heat-shock protein 70 fails to induce APC activation. Eur J Immunol 2002;32:3708-13.
  27. Prohászka Z, Singh M, Nagy K, et al. Heat-shock protein 70 is a potent activator of the human complement system. Cell Stress&Chaperones 2002;7(1):17-22.
  28. Kocsis J, Füst G, Prohászka Z. A 70 kD-os hősokkfehérje molekuláris biológiája és szerepe egyes immunológiai folyamatokban. Magyar Immunológia 2003;2(2):5-15.
  29. Prohászka Z, Duba J, Lakos G, et al. Antibodies against human Hsp60 and mycobacterial Hsp65 differ in their antigen specificity and complement activating ability. Internat Immunol 1999;11:1363-70.
  30. Kawai T, Adachi O, Ogawa T, Takeda K, Akira S. Unresponsiveness of MyD88-deficient mice to endotoxin. Immunity 1999;11:115-22.
  31. Schnare M, Barton G, Takeda K, Akira S, Medzhitov R. Role of Toll-like receptors in the control of adaptive immune responses. Nat Immunol 2001;2:947-50.
  32. Pockley AG, Sepherd J, Corton J. Detection of heat shock protein 70 (Hsp70) and anti-Hsp70 antibodies in the serum of normal individuals. Immunol Invest 1998;27:367-77.
  33. Lewthwaite J, Owen N, Coates A, Henderson B, Steptoe A. Circulating human heat shock protein 60 in the plasma of british civil servants. Relationship to physiological and psychosocial stress. Circulation 2002;106:196-201.
  34. Byrd CA, Bornmann W, Erdjument-Bromage H,et al. Heat shock protein 90 mediates macrophage activation by Taxol and bacterial lipopolysaccharide. Proc Natl Acad Sci USA 1999;96:5645-50.
  35. Triantafilou K, Triantafilou M, Dedrick RL. A CD14-independent LPS receptor cluster. Nat Immunol 2001;2:338-45.
  36. Jones DB, Coulson AF, Duff GW. Sequence homologies between Hsp60 and autoantigens. Immunol Today 1993;14(3):115-8.
  37. Cohen IR, Young DB. Autoimmunity, microbial immunity and the immunological homunculus. Immunol Today 1992;12:105-10.
  38. Pashov A, Kenderov A, Kyurkchiev S, et al. Autoantibodies to heat shock protein 90 in the human natural antibody repertoire. Int Immunol 2002;14:453-61.
  39. Mouthon L, Nobrega A, Nicolas N, et al. Invariance and restriction towards a limited set of self antigens characterize neonatal IgM antibody repertoires and prevail in autoreactive repertoires of healthy adults. Proc Natl Acad Sci USA 1995;92:3839-43.
  40. Nobrega A, Haury M, Grandien A, Malanchere E, Sundblad A, Couthino A. Global analysis of antibody repertoires. II. Evidence for specificity, self-selection and the immunological ‘homuncu-lus' of antibodies in normal serum. Eur J Immunol 1993;23:2851-9.
  41. Veres A, Prohászka Z, Kilpinen S, Singh M, Füst G, Hurme M. The promoter polymorphism of the IL-6 gene is associated with levels of antibodies to 60 kDa heat shock proteins. Immunogenetics 2002;53:851-6.


Multiple interactions between heat shock proteins and innate immunity

Heat-shock proteins play essential roles in all living cells and their structure is highly conserved during evolution. Their expression is up-regulated in response to diverse stress stimuli and HSPs may function as a marker of danger.  There are multiple processes in innate immunity to recognize HSP. Due to their strong recognition and conserved nature HSPs are immunodominant antigens in most of the bacterial infections and are therefore frequently key players in infection induced autoimmunity. The antigenic picture of HSPs is coded in the immunological homunculus in mammalian organisms and the maintenance of regulating autoimmunity protects against self-damaging processes.

Magy Immunol/Hun Immunol 2003;2(4):25-32.

Correspondence: DR. PROHÁSZKA ZOLTÁN: Semmelweis Egyetem, ÁOK, III. Sz. Belgyógyászati Klinika, Kutatólaboratórium, MTA-SE Anyagcsere- és Atherosclerosis Kutatócsoport
1125 Budapest, Kútvölgyi út 4. Telefon: (1) 355-1122/379, telefon/fax:(1) 212-9351, e-mail: prohoz@kut.sote.hu
 
heat-shock proteins, innate immunity, recognition, Toll-like receptors