Immunity
23.6.3 Immunity-Related GTPase (IRG) Family
Die immunity-related GTPases (IRGs) sind eine Familie von Proteinen, die durch IFNy induziert werden und für die Resistenz gegen eine Vielzahl intravakuolärer bakterieller und parasitärer Erreger wichtig sind, einschließlich T. gondii (Taylor et al., 2004, 2007; Zhao et al., 2009b). Von den Hunderten von Genen, die von IFNy erhöht wurden, gehören die IRG-Gene zu den häufigsten., Diese Proteine, früher p47 GTPasen genannt, wurden erstmals in den 1990er Jahren beschrieben und in den letzten zehn Jahren haben zahlreiche Studien die Rolle von IRG-Proteinen bei der Resistenz gegen Toxoplasma nachgewiesen (Hunn et al., 2011; Zhao et al., 2009b). Die meiste Arbeit hat sich die folgenden sieben IRG-Mitglieder: Irgm1 (LRG-47), Irgm2 (GTPI), Irgm3 (IGTP), Irga6 (IIGPI), Irgb6 (TGTP), Irgd (IRG-47) und Irgb10. Es wurde festgestellt, dass die meisten dieser IRG-Proteine mit der Hemmung von T assoziiert sind., gondii in vitro und von den vier IRG-Genen, die ausgeschlagen wurden (Irgm1, Irgm3, Irga6 und Irgd), wurde festgestellt, dass alle die Anfälligkeit für Infektionen von T. gondii signifikant erhöhen, wodurch die Rolle von IRG-Proteinen bei der Resistenz gegen T. gondii bei Mäusen nachgewiesen wird.
Die IRG-Proteine sind 46-47 kDa-GTPasen, die eine Ras-ähnliche GTP-Bindungsdomäne (G1 genannt) enthalten. Die IRG-Proteinfamilie besteht aus zwei Unterfamilien, basierend auf der Nukleotidbindungsdomäne innerhalb der G1-GTP-Bindungsdomäne mit einer Unterfamilie mit einem GMS-Aminosäuremotiv und der anderen Unterfamilie mit einem GKS-Motiv., Zu den drei IRG-Mitgliedern der GMS-Unterfamilie gehören Irgm1, Irgm2 und Irgm3, während IRG-Mitglieder Irga6, Irgb6, Irgd und Irg10 zur GKS-Unterfamilie gehören. Die GMS IRG-Proteine sind Regulatoren von GKS-Proteinen, die an die GKS IRG-Proteine binden und diese über eine GPS-abhängige Wechselwirkung im inaktivierten Zustand halten (Hunn et al., 2008). Die IRG-Gene sind in der gesamten Wirbeltierphyla vorhanden und in Kopffüßern, Amphibien, Fischen, Reptilien und Säugetieren vorhanden. In der Maus ist die IRG-Familie vielfältig und kodiert ungefähr 23 Gene, von denen 21 Proteine kodieren (Bekpen et al., 2005)., Die IRG-Familie scheint jedoch während der Evolution wiederholt verloren gegangen zu sein, da in keinem der verfügbaren Vogelgenome IRG-Gene vorhanden sind und die Anzahl der IRG-Gene beim Menschen mit nur zwei IRG-Genen, IRGC und IRGM, dramatisch reduziert ist (Bekpen et al., 2009, 2010).,
In IFNy stimulierten Wirtszellen, die mit Toxoplasma infiziert sind, lokalisieren sich innerhalb weniger Minuten nach der Invasion mehrere IRG-Proteine zur Toxoplasma parasitophorous vacuole Membran, wobei die parasitophorous vacuolar Membran anschließend vesikuliert und schließlich gestört wird, was zur Freisetzung des Parasiten in das Zytosol und zum Abbau des Parasiten führt (Martens et al., 2005; Ling et al., 2006; Melzer et al., 2008). Bei Makrophagen, die mit Toxoplasma infiziert sind, Zerstörung der T., gondii wird begleitet von der Aufnahme des Parasiten in Autophagosomen und anschließender autophagomaler Abgabe an die Lysosomen (Ling et al., 2006; Metzger et al., 2005). IRG-vermittelte vakuolare Störungen treten auch bei IFNy-stimulierten Fibroblasten und Astrozyten auf, es wurde jedoch nicht festgestellt, dass der Autophagieweg beteiligt ist (Melzer et al., 2008; Zhao et al., 2009b; Martens et al., 2005). Mäuse, denen der autophagische Regulator atg5 fehlt, haben jedoch keine Fähigkeit, die T. gondii-Replikation zu kontrollieren, was darauf hinweist, dass der autophagische Weg in irgendeiner Weise beteiligt ist (Konen-Waisman und Howard, 2007)., Es wurde festgestellt, dass Atg5 für die Abgabe von IRG-Proteinen an das PV notwendig ist, obwohl dies durch einen Mechanismus unabhängig vom normalen Autophagieweg zu funktionieren scheint (Zhao et al., 2008). Schließlich führt eine IRG-vermittelte PV-Störung in IFNy-stimulierten Fibroblasten nach Freisetzung des Parasiten in das Wirtszytoplasma zu einer Wirtszellnekrose, was darauf hindeutet, dass die Zerstörung der Wirtszelle bei einigen Zelltypen Teil des IRG-Mechanismus sein kann (Zhao et al., 2009b).,
Der IRG-Mechanismus beinhaltet eine koordinierte Belastung von IRG-GTPasen auf die Toxoplasma-Vakuole mit mindestens sechs IRG-Proteinen (Irgm2, Irgm3, Irga6, Irgb6, Irgd und Irg10), die auf die Toxoplasma-Vakuole lokalisiert sind (Khaminets et al., 2010). Die Beschichtung der IRG-Proteine mit dem PV erfolgt innerhalb einer Stunde nach der Invasion und ist hierarchisch mit Irgb6 und Irgb10 Laden zuerst. Bei einer Infektion mit T. gondii verlieren GKS-Proteine ihre Wechselwirkung mit GMS-Proteinen und akkumulieren an der PV-Membran (PVM) im aktiven GTP-gebundenen Zustand, was zu Vesikulation und Ruptur des PV führt (Hunn et al.,, 2008; Papic et al., 2008). Trotz der großen Menge an Informationen, die jetzt über die molekularen und biochemischen Aspekte der IRG-vermittelten Hemmung von T. gondii verstanden werden, sind die Mechanismen, die an der Vesikulation beteiligt sind, die zu einer PV-Störung führt, immer noch nicht verstanden. IRG-Proteine sind mit den Dynamin-Typ-GTPasen verwandt, von denen bekannt ist, dass sie die Vesikelbildung und-deformation von Membranen vermitteln, und es wurde vorgeschlagen, dass IRG-Protein auf analoge Weise die Vesikulation des PVM vermittelt, obwohl dies nicht nachgewiesen wurde (Hunn et al., 2011).,
Die Typ-I-Stämme sind resistent gegen IRG-vermittelte IFNy-Hemmung (Steinfeldt et al., 2010; Howard et al., 2011). Dieser Mangel an IFNy-vermittelter Kontrolle ist mit einem Versagen der Akkumulation von IRG-Proteinen auf dem PVM verbunden (Zhao et al., 2009a). Es wurde festgestellt, dass dies größtenteils auf die polymorphe Rhopathie-Kinase ROP18 zurückzuführen ist, die in Typ-I-Stämmen die GKS-IRG-Proteine Irga6, Irgb6 und Irgb10 phosphoryliert und eine Dissoziation von IRG von der Vakuole und eine Hemmung der PV-Störung verursacht (Zhao et al., 2009a; Steinfeldt et al., 2010; Fentress et al., 2010)., Es wurde festgestellt, dass ein anderes Rhoptryprotein, ROP5, direkt mit IRG-Proteinen interagiert, die IRG-Beschichtung reduziert und IRG-Proteine inaktiviert (Fleckenstein et al., 2012; Niedelman et al., 2012). ROP5 kann ohne ROP18 mit IRGs interagieren. Rhopsie-Proteine, ROP5 und ROP18, die während der Vermittlung der Hemmung in IFNy-aktivierten murinen Zellen das Überleben in IFNy-aktivierten menschlichen Zellen nicht beeinflussen (Niedelman et al., 2012)., Diese Ergebnisse legen nahe, dass sich ROP5 und ROP18 zwar entwickelt haben, um die IRGs zu blockieren, aber möglicherweise keine Auswirkungen auf das Überleben von Parasiten bei Arten haben, die nicht über das IRG-System verfügen, z. B. beim Menschen. Warum die IRGs eine so große Familie von Proteinen im murinen Genom sind und beim Menschen so reduziert sind oder ob funktionelle Gegenstücke beim Menschen existieren, ist noch nicht klar.