Огляд структури білка D7 і його фізіологічної ролі в нематоцерах, що харчуються кров’ю. Частина 1

Просте резюме:

Переносники - це організми, які можуть передавати інфекційні збудники від одного господаря (людини чи тварини) до іншого. Багато переносників (включаючи комарів, піщаних мух і кліщів) мають одну спільну характеристику: вони є кровоживними (гематофагами) членистоногими. Кожного разу, коли вони кусають свого хребетного хазяїна, пошкодження шкіри та судин викликає серію реакцій, які на місці можуть призвести до переривання кровотоку до ротового апарату та до усвідомлення господаря через свербіж і біль. Тим не менш, їх слина містить коктейль з молекул, здатних протидіяти цим реакціям хазяїна (гемостаз, запалення та імунітет), що дозволяє їм успішно харчуватися.

Багато разів патогени, які вони передають, вводяться в господаря зі слиною. Тому розуміння складу слини переносника має вирішальне значення для вивчення їх біології та здатності до переносу, а також для пропозиції нових методів боротьби з хворобами, які вони передають (включаючи нові кандидати на вакцину). Серед важливих сімейств білків слини є D7, який рясно експресується у кровосисних двокрилих і віддалено пов’язаний із білками, що зв’язують пахучі речовини (OBP). Тут ми надаємо розгорнутий огляд структури, функції та еволюції білка D7, обговорюючи, як дуплікація генів і модифікації в їхніх OBP-подібних доменах призводять до посилення та втрати функції у різних видів двокрилих кровотворних.

Інфекційні збудники можуть викликати інфекції, і імунна система відповідає за захист від цих збудників і запобігання виникненню інфекції. Імунна система відіграє ключову роль у виявленні та знищенні патогенів. Інфекційні збудники спонукають імунну систему виробляти антитіла та клітинну імунну відповідь, що запобігає повторному зараженню.

Проте певні патогени можуть обійти або послабити захисні механізми імунної системи, що призведе до зниження імунітету та, таким чином, підвищить ризик інфікування. Наприклад, ВІЛ може атакувати CD4 плюс Т-клітини імунної системи, порушуючи функцію імунної системи та полегшуючи зараження.

Крім того, ослаблений імунітет може зробити певні інфекції більш серйозними та складними для лікування. Тому розуміння зв’язку між інфекційними збудниками та імунітетом є дуже важливим для профілактики та лікування інфекційних захворювань. З цієї точки зору нам потрібно підвищувати імунітет. Цистанхея здатна значно підвищити імунітет. Полісахариди в м'ясі можуть регулювати імунну відповідь імунної системи людини, покращувати здатність імунних клітин до стресу та посилювати бактерицидну дію імунних клітин.

Клацніть Cistanche tubulosa купити

Анотація:

Кожного разу, коли комаха кусає хребетного хазяїна, пошкодження шкіри та судин, викликане пірсингом, викликає ряд реакцій, включаючи гемостаз, запалення та імунітет. На місці цей набір надлишкових і взаємопов’язаних реакцій зрештою спричинив би згортання крові, свербіж і біль, що призвело б до усвідомлення господаря, що призвело б до переривання годування в найкращому випадку. Тим не менш, слина кровотворних членистоногих містить складний коктейль молекул, які є вирішальними для успіху кровопостачання.

Серед важливих сімейств білків, описаних досі в слині кровосисних членистоногих, є D7, рясно експресований у нематоцерах, що харчуються кров’ю. Білки D7 віддалено пов’язані з білками, що зв’язують запах комах (OBP), і, незважаючи на низьку ідентичність послідовності, спостереження за структурною подібністю призвело до припущення, що, як і OBP, вони повинні зв’язувати/ізолювати невеликі гідрофобні сполуки. Члени цієї родини поділяються на короткі форми та довгі форми, що містять один або два OBP-подібні домени відповідно. Тут ми пропонуємо огляд структури та функції білка D7, обговорюючи, як дуплікація генів і деякі модифікації в їхніх OBP-подібних доменах під час еволюції призводять до посилення та втрати функції серед різних видів двокрилих гематофагів.

Ключові слова:

білки D7; білки, що зв'язують запах; векторна біологія; гематофагія; переносник слини; гемостаз; запалення.

1. Введення

Трансмісивні хвороби досить різноманітні за симптомами, характеристиками, етіологічними збудниками та їх переносниками. Незважаючи на таку різноманітність, спільною рисою більшості відомих переносників є те, що вони є членистоногими гематофагами. Здатність харчуватися кров’ю створює багато проблем, включаючи здатність знаходити хазяїна, проколювати його шкіру та знаходити джерело крові, смоктати кров, щоб пізніше її переварити, і справлятися з окислювальним стресом, спричиненим її травленням (огляд у [1–3] ).

Кожного разу, коли комаха кусає свого хребетного хазяїна, пошкодження шкіри та судин викликає ряд реакцій, включаючи гемостаз, запалення та імунітет [1,2,4–8]. Ці складні та надлишкові біологічні процеси взаємопов’язані та здатні поширюватися завдяки виробленню/секреції багатьох класів медіаторів, включаючи ейкозаноїди, біогенні аміни, коагуляцію та фактори комплементу.

На місці вони призвели б до переривання кровотоку до ротового апарату кровотворного членистоногого (через звуження судин, агрегацію тромбоцитів і згортання крові) і викликали б усвідомлення господаря (через свербіж і біль). Тим не менш, слина членистоногих, що харчуються кров’ю, містить настільки ж складну та надмірну суміш молекул, здатних протидіяти захисним механізмам хазяїна, що відіграє ключову роль в успіху гематофагії (переглянуто в [1,2,4–8]). Насправді, як раніше зазначав Рібейро, кровоносні членистоногі є «живими шприцами», і їхня слина все ще є відносно невикористаним джерелом фармакологічно активних молекул [4].

Про присутність молекул антикоагулянтів у слині кровотворних членистоногих вперше було повідомлено на початку минулого століття [9, 10], а демонстрація важливості секреції слини в харчуванні кров’ю була вперше запропонована у 800-х роках [11–13]. . Тим не менш, склад слини і специфічна функція її компонентів були ще погано вивчені. Використання широкомасштабного секвенування та протеоміки протягом останніх десятиліть дозволило краще зрозуміти склад слини, але також виявило його складність і те, наскільки мало відомо [2,14]. Оскільки гематофагія виникала незалежно кілька разів під час еволюції членистоногих, у різних загонів комах або навіть в межах одного роду з’явилося багато способів боротьби з проблемами, пов’язаними з цією звичкою, що призвело до широкого розмаїття білків для протидії захисту хазяїна від прикус [2,4,5,7,15,16].

Серед важливих сімейств білків, описаних на сьогоднішній день у слині кровосисних членистоногих, є D7, рясно експресований у кровотворних двокрилих [17–19] і віддалено пов’язаний з одорант-зв’язуючими білками (OBP)/феромон-зв’язуючими білками (PBP) комах. .

У комах OBP зазвичай коливається від 100 до 160 залишків, але, як спостерігалося для деяких членів, що належать до підродин «атипових/двох доменів» або «Плюс С», описаних у Diptera, які можуть містити до 300 амінокислот [20–22]. ]. Вони присутні в різних порядках, і кількість анотованих OBP-генів значно варіюється серед різних видів, а також послідовність амінокислот.

Тим не менш, їх цистеїни є висококонсервативними — зазвичай 6, хоча це число може варіюватися від 4 у мінус C OBP до 8 у плюс OBP і навіть до 9 або 10 — розташовані в поліпептидному ланцюзі з певною відстанню між деякими з них [20,21]. ,23]. На відміну від OBP хребетних, які є білками, що належать до надродини ліпокалінів (SCOP: 3001332), OBP комах класифікуються як повністю білки та належать до надродини комах, що зв’язують феромони/одоранти (SCOP ID: 4000957). Незважаючи на низьку ідентичність послідовностей між членами, класичні OBP комах мають дуже характерну третинну структуру, із 6 -спіралями, як правило, стабілізованими 3 дисульфідними зв’язками, що утворюють зв’язувальну порожнину (рис. 1A), оточену гідрофобними залишками [20,24–26]. ]. Велика кількість і різноманітність їхньої первинної структури, зберігаючи загальну архітектуру, зробили їх дуже універсальними з точки зору лігандів, але всі вони мають одну спільну характеристику: їхню здатність/потенціал зв’язувати малі гідрофобні молекули.

Тим не менш, білки D7 обмежені нематоцерами, що харчуються кров’ю, де вони рясно експресуються в їхніх слинних залозах. Члени цієї родини класифікуються на (1) короткі форми (D7S), також відомі як споріднені з D7 (D7r), з молекулярною масою близько 15–17 кДа, що містять один OBP-подібний домен (рис. 1B); (2) довгі форми (D7L) з молекулярною масою близько 30–38 кДа, що складаються з двох OBP-подібних доменів (рис. 1C). Як вперше було запропоновано Arcà та його колегами [27] і пізніше спостережено за допомогою рентгенівської дифракційної кристалографії [7, 28–30], незважаючи на низьку схожість послідовностей з OBP, архітектура доменів білка D7 дуже схожа на OBP, будучи складеною з - спіралей (зазвичай 7–8 -спіралей, хоча замість 6), утворюючи гідрофобну кишеню (рис. 1B, C), придатну для зв’язування гідрофобних молекул, як буде обговорено далі.

Більшість білків D7, охарактеризованих досі, були знайдені в слині кровосисних двокрилих, де вони діють як антигемостатичні та/або протизапальні молекули, полегшуючи кровопостачання. У цій статті ми надаємо вичерпний огляд D7 та D7-подібної структури білка, функції та еволюції, порівнюючи деякі аспекти з OBP членистоногих та іншими родинами білків, що стосуються фізіології вектора.

2. D7s: від опису першого гена до підказок щодо їх різноманітності, розподілу та функцій

Перший ген, що кодує білок D7, був виділений і описаний у 1991 році в Aedes aegypti [31], показано, що він рясно та виключно експресується в жіночих слинних залозах, продукуючи білок 37 кДа. Гібридизація in situ з використанням розсічених жіночих слинних залоз, досліджених антисмисловою РНК для кодуючої області цього гена, показала, що його експресія відбувається головним чином у дистальних латеральних і медіальних частках, регіонах, які дуже добре диференційовані у самок (гематофагів) порівняно з самцями (фітофагів) , що свідчить про те, що його продукт, швидше за все, був залучений до кровопостачання. Пізніше, у піонерському дослідженні, спрямованому на ідентифікацію генів, які експресувалися виключно в слинних залозах Anopheles gambiae і продукти яких містили сигнальні пептиди, було виділено шість кДНК.

Три з них, як показано, рясно експресуються в жіночих слинних залозах, кодують транскрипти, подібні, хоча й коротші, до раніше описаного Aedes aegypti D7, що свідчить про те, що це нова сімейство білків. Усі три повністю узгоджувалися з C-кінцевим доменом Aedes D7, тому їх назвали D7-спорідненими білками (D7r): D7r1–D7r3 [32]. Подібним чином вони експресувалися в жіночих дистальних бічних частках, хоча лише один з них (D7r1) також експресувався в медіальних частках [32].

Кілька років потому четвертий D7r (D7r4) також був знайдений у слинних залозах Anopheles gambiae самки, і було показано, що він розташований близько до інших трьох форм, утворюючи кластер на хромосомі 3R [27]. Після вирівнювання ці 4 транскрипти мали схожість між собою в діапазоні від 53 до 73 відсотків, і, що дуже важливо, вони мали низький рівень подібності до OBP і білків, що зв’язують феромони (PBP), але їхні 4 цистеїни були розташовані в збережених положеннях, пов’язаних з вусиками і неантенальні ОБП. Незважаючи на низьку подібність послідовностей, передбачення вторинної структури запропонувало структурну подібність до OBP, тому було припущено, що D7 також можуть мати гідрофобну зв’язувальну кишеню, оточену -спіралями, і бути здатними зв’язувати або переносити малі гідрофобні молекули, ймовірно, медіатори, залучені у відповіді хазяїна (наприклад, запалення та гемостазу), враховуючи той факт, що вони були рясні та виключно для жіночої слини [27].

Той факт, що ці Ан. gambiae короткі форми, вирівняні з С-кінцем Ae. aegypti D7L, і те, що Саузерн-блот аналізи виявили інших членів у близькоспоріднених видах, підняли ймовірність того, що члени цього сімейства генів можуть бути присутніми в інших видах комарів і що білки з різною довжиною, кодовані цими генами, можуть мати подібні функції, але різні цілі через до різниці в їх первинній структурі [27].

Дійсно, Suwan та його співробітники вперше повідомили про гени, що кодують одну D7L і 2 D7-споріднені (короткі) форми в слинній залозі Anopheles stephensi, а Вестерн-блот з поліклональними антитілами, виробленими для розпізнавання білка довгої форми, перехресно реактивність також з D7rs [33]. Це був перший звіт, який показав, що довгі та короткі форми справді можна знайти в одного виду. Пізніше в подальших дослідженнях було виявлено наявність інших представників цієї родини в різних видах комарів (родина Culicidae), включаючи Anopheles arabiensis, Aedes aegypti та Anopheles darlingi [17,18], а також в інших кровотворних двокрилих, що належать до родини Psychodidae ( піщані мухи) [17].

Загалом ці дослідження свідчать про те, що: (1) D7 був сімейством білків, ймовірно, широко поширених у кровотворних двокрилих, експресованих виключно в слинних залозах самок, тому вони могли відігравати важливу роль у живленні кров’ю; (2) Білки D7, різні за довжиною та амінокислотною послідовністю, були присутні в різних видах і в межах того самого виду, ймовірно, в результаті дублювання генів, що породжує різноманітність; (3) їх передбачуваними мішенями повинні бути малі гідрофобні молекули, такі як медіатори запалення та/або гемостазу [27,33]. Тим не менш, їхня функція все ще була недосяжною.

3. Білки D7 слини є протизапальними та антигемостатичними молекулами

D7 та інші OBP-подібні білки, присутні в слині кровосисних Nematocera, можуть мати варіабельність у своїй первинній структурі, що призводить до посилення та втрати функції, незважаючи на збереження деяких ключових особливостей і загальної архітектури, як це спостерігалося в багатьох OBP. У таблиці 1 узагальнено D7 та D7-подібні білки, описані на даний момент у слині різних видів, а також їхні ліганди та надано їхній номер доступу до банку даних білків (PDB), де це можливо. Деталі та фізіологічне значення обговорюються нижче.

3.1. Інгібітори контактного шляху

Першим D7, для якого була охарактеризована його функція, була коротка форма (D7r), названа Hamadarin [35], виражена в SG самок Anopheles stephensi. Його найближчий D7 виражається в An. gambiae буде D7r1. Було показано, що гамадарін зв’язує фактор XII (FXII) і високомолекулярний кініноген (HMWK), таким чином пригнічуючи активацію контактного шляху та, як наслідок, вироблення брадикініну, діючи як протизапальна молекула. Тим не менш, в обох випадках взаємодія з FXII і HMWK, вивчена методом поверхневого плазмонного резонансу (SPR), відбувалася лише в присутності Zn2 plus і не впливала на амідолітичну активність активованих факторів. Швидше, його інгібуюча дія на активацію контактного шляху була пов’язана з його перешкоджанням взаємній активації FXII і калікреїну, яка повинна відбуватися при їх взаємодії із зарядженими поверхнями [35]. Кілька років потому було охарактеризовано інший інгібітор активації контактного шляху, присутній у слині Anopheles stephensi (Anophensin), і було показано, що він має схожі мішені з гамадарином, але належав до зовсім іншого сімейства білків [42].

Слід зазначити, що серед найбільш експресованих білків у слині піска [43–45] є група білків, які також належать до надродини OBP, не зустрічаються в комарів і відрізняються від білків D7. Вперше вони привернули увагу не лише через їх велику кількість, але й тому, що їх ідентифікували як кандидатів на вакцину проти лейшманіозу [46,47]. Лише більше ніж через десятиліття два представники цієї групи були охарактеризовані в слині Phlebotomus duboscqi: PdSP15a і PdSP15b (P. duboscqi Salivary Protein 15 a і b відповідно). Обидва дуже схожі один на одного та інгібують активацію контактного шляху та вироблення брадикініну [41], але через механізм, відмінний від описаного для Hamadarin [35]. PdSP15a і b не зв'язуються з будь-яким фактором згортання (зимогенами або активованими формами), калікреїном або прекалікреїном. Однак їхня дія полягає в зв’язуванні негативно заряджених полімерів, таких як декстрансульфат (DS), поліфосфат (PP) і гепарин, запобігаючи їх взаємодії з FXII, необхідним для його авторозщеплення, що викликає його активацію, і подальше поширення активації контактного шляху через реципрокна активація FXII і прекалікреїну плазми (PK), а також активація FXI тромбіном і FXIIa. Важливо, що в той час як класичні OBP та D7 мають гідрофобну кишеню, де зв’язується їхній невеликий гідрофобний ліганд, структурні дані свідчать про те, що механізм дії полягає в електростатичній взаємодії між його аніонною поверхнею та негативно зарядженими лігандами, а не будь-яким зв’язуванням усередині гідрофобної порожнини [41,47] .

Каскад плазмової коагуляції може бути ініційований двома окремими гілками: (1) зовнішній шлях, ініційований, коли фактор VII (FVII) активується після зв’язування з фактором субендотеліальної тканини (TF), який був відкритий після пошкодження судин. (2) Контактний шлях, також відомий як внутрішній шлях, ініціюється після активації FXII до FXIIa, викликаної його контактом з негативно зарядженими поверхнями. Обидва шляхи після серії реакцій зближуються до загального шляху через активацію FX, що в кінцевому підсумку призводить до розщеплення фібриногену до фібрину, необхідного для утворення згустку [48,49]. Останніми роками ліки, націлені на компоненти внутрішнього (контактного) шляху, такі як FXII і FXI, були ретельно вивчені, оскільки було показано, що миші без FXII були захищені від утворення тромбу, але не мали серйозних порушень згортання крові [50–52], що свідчить про те, що цей шлях є важливі для патологічної коагуляції.

Після активації фактор XII розщеплює прекалікреїн плазми (PK), утворюючи калікреїн, який, крім реципрокної активації з FXII, також каталізує гідроліз HMWK, що генерує брадикінін (калікреїн-кінінова система) [53]. Брадикінін є потужним прозапальним медіатором, який збільшує проникність ендотелію [48,54] і біль [55]. Таким чином, присутність інгібіторів контактного шляху в слині гематофагів членистоногих відіграє важливу роль як протизапальні молекули, зменшуючи вироблення брадикініну (як показано для D7s/OBP-подібних білків hamada в [35] і PdSP15s [41]) , а також шляхом інгібування/запобігання витоку плазми, викликаного активацією контактного шляху, як повідомляється для PdSP15s [41].

For more information:1950477648nn@gamil.com