Pārskats par D7 proteīna struktūru un fizioloģiskām lomām ar asinīm barojošas nematoceras 1. daļa

Vienkāršs kopsavilkums:

Vektori ir organismi, kas var pārnest infekcijas patogēnus no viena saimnieka (cilvēka vai dzīvnieka) uz otru. Daudziem vektoriem (tostarp odiem, smilšu mušām un ērcēm) ir viena kopīga iezīme: tie ir ar asinīm barojoši (hematofāgi) posmkāji. Katru reizi, kad viņi sakož savu mugurkaulnieku saimnieku, ādas un asinsvadu traumas izraisa virkni reakciju, kas savā vietā var izraisīt asinsrites pārtraukšanu viņu mutes daļā un niezes un sāpju dēļ izraisīt saimnieka izpratni. Tomēr viņu siekalās ir molekulu kokteilis, kas spēj neitralizēt šīs saimnieka reakcijas (hemostāzi, iekaisumu un imunitāti), ļaujot viņiem veiksmīgi barot.

Daudzas reizes patogēni, ko tie pārnēsā, tiek ievadīti saimniekorganismā ar siekalām. Tāpēc izpratne par pārnēsātāju siekalu sastāvu ir ļoti svarīga, lai pētītu to bioloģiju un vektoru spēju, kā arī ierosinātu jaunas metodes to pārnēsājamo slimību kontrolei (tostarp jaunus vakcīnas kandidātus). Viena no nozīmīgām siekalu proteīnu ģimenēm ir D7, kas bagātīgi izpaužas asinssūcošajās divcīņās un ir tālu radniecīgs smaržu saistošajiem proteīniem (OBP). Šeit mēs sniedzam plašu D7 proteīna struktūras, funkcijas un evolūcijas pārskatu, apspriežot, kā gēnu dublēšanās un modifikācijas to OBP līdzīgos domēnos izraisa funkciju palielināšanos un zudumu dažādās hematofāgu Diptera sugās.

Infekcijas patogēni var izraisīt infekcijas, un imūnsistēma ir atbildīga par aizsardzību pret šiem patogēniem un infekcijas novēršanu. Imūnsistēmai ir galvenā loma patogēnu identificēšanā un iznīcināšanā. Infekcijas patogēni liek imūnsistēmai ražot antivielas un šūnu imūnās atbildes, kas novērš atkārtotu inficēšanos.

Tomēr daži patogēni var apiet vai vājināt imūnsistēmas aizsardzības mehānismus, izraisot imunitātes samazināšanos un tādējādi palielinot infekcijas risku. Piemēram, HIV var uzbrukt imūnsistēmas CD4 plus T šūnām, traucējot imūnsistēmas darbību un atvieglojot infekciju.

Arī novājināta imunitāte var padarīt noteiktas infekcijas nopietnākas un grūtāk ārstējamas. Tāpēc infekcijas slimību profilaksei un ārstēšanai ļoti svarīga ir izpratne par saistību starp infekcijas patogēniem un imunitāti. No šī viedokļa mums ir jāuzlabo imunitāte. Cistanche var ievērojami uzlabot imunitāti. Gaļā esošie polisaharīdi var regulēt cilvēka imūnsistēmas imūnreakciju, uzlabot imūno šūnu stresa spēju un pastiprināt imūnšūnu baktericīdo iedarbību.

Noklikšķiniet cistanche tubulosa pirkt

Anotācija:

Ikreiz, kad kukainis iekož mugurkaulnieku saimnieku, caurduršanas izraisīti ādas un asinsvadu bojājumi izraisa virkni reakciju, tostarp hemostāzi, iekaisumu un imunitāti. Vietā šis lieko un savstarpēji saistīto reakciju kopums galu galā izraisītu asins sarecēšanu, niezi un sāpes, kas novedīs pie saimnieka apziņas, kā rezultātā vislabākajā gadījumā tiktu pārtraukta barošana. Neskatoties uz to, hematofāgu posmkāju siekalās ir komplekss molekulu kokteilis, kas ir izšķiroši svarīgi veiksmīgai asins barošanai.

Starp nozīmīgām olbaltumvielu ģimenēm, kas līdz šim aprakstītas asinssūcēju posmkāju siekalās, ir D7, kas bagātīgi izpaužas ar asinīm barojošās Nematocera. D7 olbaltumvielas ir tālu radniecīgas ar kukaiņu smaržu saistošajiem proteīniem (OBP), un, neskatoties uz zemo sekvences identitāti, strukturālās līdzības novērojums lika domāt, ka tāpat kā OBP tiem vajadzētu saistīt/atdalīt mazus hidrofobus savienojumus. Šai ģimenei piederošie locekļi ir sadalīti īsās formās un garās formās, kas satur attiecīgi vienu vai divus OBP līdzīgus domēnus. Šeit mēs sniedzam D7 proteīna struktūras un funkcijas pārskatu, apspriežot, kā gēnu dublēšanās un dažas modifikācijas to OBP līdzīgos domēnos evolūcijas laikā izraisa funkciju palielināšanos un zudumu starp dažādām hematofāgu Diptera sugām.

Atslēgvārdi:

D7 proteīni; smaržvielas saistoši proteīni; vektora bioloģija; hematofagija; vektora siekalas; hemostāze; iekaisums.

1. Ievads

Pārnēsājamas slimības ir diezgan dažādas simptomu, īpašību, etioloģisko izraisītāju un to pārnēsātāju ziņā. Neskatoties uz šo daudzveidību, lielākajai daļai zināmo vektoru kopīga iezīme ir fakts, ka tie ir hematofāgi posmkāji. Spēja barot ar asinīm rada daudzas problēmas, tostarp spēju atrast saimnieku, caurdurt tā ādu un atrast asins avotu, sūkt asinis, lai vēlāk tās sagremot, un tikt galā ar oksidatīvo stresu, ko rada to gremošana (apskatīts [1–3]). ).

Katru reizi, kad kukainis iekož mugurkaulnieku saimnieku, ādas un asinsvadu bojājumi izraisa virkni reakciju, tostarp hemostāzi, iekaisumu un imunitāti [1,2,4–8]. Šie sarežģītie un liekie bioloģiskie procesi ir savstarpēji saistīti un spēj izplatīties daudzu mediatoru klašu, tostarp eikozanoīdu, biogēno amīnu, koagulācijas un komplementa faktoru, ražošanas/sekrēcijas dēļ.

Vietā tie izraisītu asinsrites pārtraukumu hematofāgu posmkāju mutes daļā (asinsvadu sašaurināšanās, trombocītu agregācijas un asins koagulācijas dēļ) un izraisītu saimnieka izpratni (niezes un sāpju dēļ). Neskatoties uz to, ar asinīm barojošu posmkāju siekalās ir tikpat sarežģīts un lieks molekulu maisījums, kas spēj neitralizēt saimniekorganisma aizsardzību, kam ir galvenā loma hematofagijas panākumos (apskatīts [1, 2, 4–8]). Patiešām, kā iepriekš norādīja Ribeiro, hematofāgi posmkāji ir "dzīvas šļirces", un to siekalas joprojām ir salīdzinoši neizmantots farmakoloģiski aktīvo molekulu avots [4].

Par antikoagulantu molekulu klātbūtni hematofāgu posmkāju siekalās pirmo reizi tika ziņots pagājušā gadsimta sākumā [9,10], bet siekalu sekrēcijas nozīmes pierādīšana asins barošanā pirmo reizi tika ierosināta 800. gados [11–13]. . Tomēr siekalu sastāvs un tā sastāvdaļu īpašā funkcija joprojām bija slikti izprotama. Liela mēroga sekvencēšanas un proteomikas izmantošana pēdējo desmitgažu laikā ļāva labāk izprast siekalu sastāvu, bet arī atklāja tās sarežģītību un to, cik maz ir zināms [2, 14]. Tā kā hematofagija ir radusies neatkarīgi vairākas reizes posmkāju evolūcijas laikā, daudzi veidi, kā tikt galā ar šī ieraduma radītajām problēmām, parādījās dažādu kukaiņu kārtu vidū vai pat vienā ģintī, kā rezultātā proteīnu repertuārā ir lielas atšķirības, lai neitralizētu saimniekorganisma aizsargspējas. kodums [2,4,5,7,15,16].

Starp nozīmīgām proteīnu saimēm, kas līdz šim aprakstītas asinssūcēju posmkāju siekalās, ir D7, kas bagātīgi izpaužas hematofāgos divspārnēs [17–19] un ir tālu radniecīgs insektu smaržu saistošajiem proteīniem (OBP) / feromonu saistošajiem proteīniem (PBP). .

Kukaiņiem OBP parasti svārstās no 100 līdz 160 atlikumiem, bet, kā novērots dažiem locekļiem, kas pieder pie "netipiskiem/diviem domēniem" vai "Plus C" apakšģimenēm, kas aprakstītas Diptera, kurās var būt līdz 300 aminoskābēm [20–22. ]. Tie ir sastopami dažādās secībās, un anotēto OBP gēnu skaits dažādās sugās, kā arī aminoskābju secība ir ļoti atšķirīgs.

Tomēr to cisteīni ir ļoti konservēti — klasiski 6, lai gan šis skaitlis var svārstīties no 4 mīnus C OBP līdz 8 plus OBP līdz pat 9 vai 10 — atrodas polipeptīdu ķēdē ar paraksta attālumu starp dažiem no tiem [20,21 ,23]. Atšķirībā no mugurkaulnieku OBP, kas ir visas olbaltumvielas, kas pieder lipokalīnu virsdzimtai (SCOP: 3001332), kukaiņu OBP tiek klasificētas kā pilnvērtīgas olbaltumvielas un pieder kukaiņu feromonu/odorantu saistošajai virsdzimtai (SCOP ID: 4000957). Neskatoties uz zemo sekvences identitāti starp locekļiem, klasiski kukaiņu OBP ir ļoti raksturīga terciārā struktūra ar 6 -spirālītēm, kuras parasti stabilizē 3 disulfīda saites, veidojot saistīšanas dobumu (1.A attēls), ko ieskauj hidrofobas atliekas [20,24–26 ]. Lielais to primārās struktūras skaits un daudzveidība, vienlaikus saglabājot kopējo arhitektūru, padarīja tos ļoti daudzpusīgus ligandu ziņā, taču tiem visiem ir viena kopīga iezīme: to spēja/potenciāls saistīt mazas hidrofobas molekulas.

Tomēr D7 olbaltumvielas ir ierobežotas ar asinīm barojošām Nematocera, kur tās ir bagātīgi ekspresētas to siekalu dziedzeros. Šīs ģimenes locekļi ir klasificēti (1) īsos veidos (D7S), kas pazīstami arī kā D7 saistīti (D7r), ar molekulmasu aptuveni 15–17 kDa, kas satur vienu OBP līdzīgu domēnu (1.B attēls); (2) garas formas (D7L), kuru molekulmasa ir aptuveni 30–38 kDa un kuras sastāv no diviem OBP līdzīgiem domēniem (1. C attēls). Kā pirmo reizi ierosināja Arcà un kolēģi [27] un vēlāk novēroja rentgenstaru difrakcijas kristalogrāfijā [7, 28–30], neskatoties uz to zemo secību līdzību ar OBP, D7 proteīna domēnu arhitektūra ir ļoti līdzīga OBP, jo to veido: spirāles (parasti 7–8 -spirāles, nevis 6), veidojot hidrofobu kabatu (1.B, C attēls), kas ir piemērotas hidrofobu molekulu saistīšanai, kā tas tiks tālāk apspriests.

Lielākā daļa līdz šim raksturoto D7 proteīnu tika atrasti asinssūcēju Diptera siekalās, kur tās darbojas kā antihemostatiskas un/vai pretiekaisuma molekulas, atvieglojot asins barošanu. Šajā rakstā mēs sniedzam visaptverošu pārskatu par D7 un D7-, piemēram, proteīnu struktūru, funkcijām un evolūciju, salīdzinot dažus aspektus ar posmkāju OBP un ​​citām proteīnu ģimenēm, kas attiecas uz vektora fizioloģiju.

2. D7: no pirmā gēna apraksta līdz norādēm par to daudzveidību, izplatību un funkcijām

Pirmais gēns, kas kodē D7 proteīnu, tika izolēts un aprakstīts 1991. gadā Aedes aegypti [31], un tika pierādīts, ka tas ir bagātīgi un tikai izteikts sieviešu siekalu dziedzeros, kas ražo 37 kDa proteīnu. In situ hibridizācija, izmantojot atdalītus sieviešu siekalu dziedzerus, kas pārbaudīti ar antisense RNS šī gēna kodējošajam reģionam, atklāja, ka tā ekspresija galvenokārt bija distālajā sānu un mediālajā daivā, reģionos, kas ir ļoti labi diferencēti mātītēm (hematofāgi), salīdzinot ar vīriešiem (fitofāgi). , kas liecina, ka tā produkts, ļoti iespējams, ir iesaistīts asins barošanā. Vēlāk novatoriskā pētījumā, kura mērķis bija identificēt gēnus, kas tika ekspresēti tikai Anopheles gambiae siekalu dziedzeros un kuru produkti saturēja signālu peptīdus, tika izolētas sešas cDNS.

Trīs no tiem, kas, kā pierādīts, ir bagātīgi izteikti sieviešu siekalu dziedzeros, kodēja transkriptus, kas ir līdzīgi, kaut arī īsāki, iepriekš aprakstītajam Aedes aegypti D7, kas liecina, ka šī ir jauna olbaltumvielu saime. Visi trīs ir pilnībā saskaņoti ar Aedes D7 C-gala domēnu, tāpēc tos sauc par D7- radniecīgiem proteīniem (D7r): D7r1–D7r3 [32]. Tāpat tie tika izteikti sieviešu distālajās sānu daivās, lai gan tikai viena no tām (D7r1) tika izteikta arī mediālajās daivās [32].

Dažus gadus vēlāk Anopheles gambiae sieviešu siekalu dziedzeros tika atrasts arī ceturtais D7r (D7r4), un tika pierādīts, ka tas atrodas tuvu pārējām trim formām, veidojot kopu 3R hromosomā [27]. Kad šie 4 transkripti bija saskaņoti, tiem bija līdzības no 53 līdz 73 procentiem, un ļoti svarīgi ir tas, ka tiem bija zems līdzības līmenis ar OBP un ​​feromonu saistošajiem proteīniem (PBP), bet to 4 cisteīni atradās konservētās pozīcijās, kas saistītas ar antenu. un bez antenas OBP. Neskatoties uz zemo secību līdzību, sekundārās struktūras prognozēšana liecināja par strukturālām līdzībām ar OBP, tāpēc tika postulēts, ka D7 varētu būt arī hidrofoba saistīšanās kabata, ko ieskauj -spirāles un kas spēj saistīt vai pārnēsāt mazas hidrofobas molekulas, iespējams, mediatorus, kas iesaistīti saimnieka atbildēs (piemēram, iekaisums un hemostāze), ņemot vērā faktu, ka tie bija bagātīgi un vienīgi sieviešu siekalās [27].

Fakts, ka šie An. gambiae īsās formas, kas saskaņotas ar Ae C-terminālu. aegypti D7L un ka Southern blot testos tika atrasti citi locekļi cieši radniecīgās sugās, radās iespēja, ka šīs gēnu ģimenes locekļi varētu būt citās moskītu sugās un ka proteīniem ar dažādu garumu, ko kodē šie gēni, varētu būt līdzīgas funkcijas, bet atšķirīgi mērķi. atšķirības to primārajā struktūrā [27].

Patiešām, Suvans un kolēģi pirmo reizi ziņoja par gēniem, kas kodē vienu D7L un 2 D7- radniecīgu (īsu) formu Anopheles stephensi siekalu dziedzeros, un Western blot ar poliklonālām antivielām, kas ražotas, lai atpazītu garās formas proteīnu. reaktivitāte arī ar D7rs [33]. Šis bija pirmais ziņojums, kas parādīja, ka vienā un tajā pašā sugā patiešām var atrast garas un īsas formas. Pēc tam turpmākajos pētījumos tika ziņots par citu šīs ģimenes locekļu klātbūtni dažādās moskītu (Culicidae dzimtas) sugās, tostarp Anopheles arabiensis, Aedes aegypti un Anopheles darlingi [17, 18], kā arī citos hematofago Diptera, kas pieder Psychodidae ģimenei. smilšu mušas) [17].

Kopumā šie pētījumi pārliecinoši liecināja, ka: (1) D7 bija proteīnu saime, kas, iespējams, ir plaši izplatīta hematofāgos divkāršās dipterās, kas izteiktas tikai sieviešu siekalu dziedzeros, tāpēc tiem varētu būt svarīga loma asins barošanā; (2) D7 proteīni, kas atšķiras pēc garuma un aminoskābju secības, bija dažādās sugās un vienas sugas ietvaros, iespējams, gēnu dublēšanās rezultātā, radot daudzveidību; (3) to iespējamajiem mērķiem jābūt mazām hidrofobām molekulām, piemēram, iekaisuma un/vai hemostāzes mediatoriem [27,33]. Tomēr to funkcija joprojām bija nenotverama.

3. Siekalu D7 proteīni ir pretiekaisuma un antihemostatiskas molekulas

D7 un citiem OBP līdzīgiem proteīniem, kas atrodas asinssūcēju Nematocera siekalās, to primārā struktūra var atšķirties, izraisot funkciju palielināšanos un zudumu, neskatoties uz dažu galveno funkciju un vispārējās arhitektūras saglabāšanu, kā tas ir novērots daudzos OBP. 1. tabulā ir apkopoti D7 un D7- līdzīgi proteīni, kas līdz šim aprakstīti dažādu sugu siekalās, un to ligandi, kā arī norādīts to proteīnu datu bankas (PDB) pievienošanās numurs, ja nepieciešams. Sīkāka informācija un fizioloģiskā nozīme ir aplūkota turpmāk.

3.1. Sazinieties ar ceļa inhibitoriem

Pirmais D7, kam tika raksturota tā funkcija, bija īsa forma (D7r), ar nosaukumu Hamadarin [35], kas izteikta Anopheles stephensi mātīšu SG. Tā tuvākais D7 ir izteikts ar An. gambiae būtu D7r1. Ir pierādīts, ka hamadarīns saistās ar XII faktoru (FXII) un augstas molekulmasas kiinogēnu (HMWK), tādējādi kavējot kontakta ceļa aktivāciju un līdz ar to bradikinīna veidošanos, darbojoties kā pretiekaisuma molekula. Tomēr abos gadījumos mijiedarbība ar FXII un HMWK, ko pētīja virsmas plazmas rezonanse (SPR), notika tikai Zn2 plus klātbūtnē un neietekmēja aktivētos faktorus amidolītisko aktivitāti. Drīzāk tā inhibējošā iedarbība uz kontakta ceļa aktivāciju bija saistīta ar tā iejaukšanos FXII un kallikreīna savstarpējā aktivācijā, kam vajadzētu notikt, mijiedarbojoties ar lādētām virsmām [35]. Dažus gadus vēlāk tika raksturots cits kontakta ceļa aktivācijas inhibitors, kas atrodas Anopheles stephensi (Anophensin) siekalās, un tika pierādīts, ka tam ir līdzīgi mērķi kā Hamadarīnam, bet tas piederēja pilnīgi citai olbaltumvielu saimei [42].

Ievērības cienīgs ir tas, ka starp izteiktākajiem proteīniem smilšu mušu siekalās [43–45] ir proteīnu grupa, kas arī pieder pie OBP virsdzimtas, nav sastopama odos un atšķiras no D7 proteīniem. Viņi vispirms pievērsa uzmanību ne tikai to pārpilnības dēļ, bet arī tāpēc, ka viņi tika identificēti kā vakcīnas kandidāti pret leišmaniozi [46, 47]. Tikai vairāk nekā desmit gadus vēlāk Phlebotomus duboscqi siekalās tika raksturoti divi šīs grupas locekļi: PdSP15a un PdSP15b (attiecīgi P. duboscqi siekalu proteīns 15a un b). Abi ir ļoti līdzīgi viens otram un kavē kontakta ceļa aktivāciju un bradikinīna veidošanos [41], bet ar mehānismu, kas atšķiras no tā, kas aprakstīts Hamadarīnam [35]. PdSP15a un b nesaistās ar koagulācijas faktoru (zimogēni vai aktivētās formas), kallikreīnu vai prekallikreīnu. Tomēr to darbība ir saistīta ar negatīvi lādētu polimēru, piemēram, dekstrāna sulfāta (DS), polifosfāta (PP) un heparīna saistīšanu, novēršot to mijiedarbību ar FXII, kas nepieciešams tā automātiskai šķelšanai, kas izraisa tā aktivāciju, un sekojošu kontakta ceļa aktivācijas izplatīšanos caur abpusēja FXII un plazmas prekallikreīna (PK) aktivizēšana, kā arī FXI aktivācija ar trombīnu un FXIIa. Svarīgi, lai gan klasiskajiem OBP un ​​D7 ir hidrofoba kabata, kurā saistās to mazais hidrofobais ligands, strukturālie dati liecina, ka tā darbības mehānisms ir saistīts ar elektrostatisko mijiedarbību starp tā anjonu virsmu un negatīvi lādētiem ligandiem, nevis jebkādu saistīšanos hidrofobā dobumā [41, 47]. .

Plazmas koagulācijas kaskādi var ierosināt divas atšķirīgas filiāles: (1) ārējais ceļš, kas tiek uzsākts, kad VII faktors (FVII) tiek aktivizēts, saistoties ar subendoteliālo audu faktoru (TF), kas pakļauts pēc asinsvadu traumas. (2) Kontakta ceļš, kas pazīstams arī kā iekšējais ceļš, tiek uzsākts pēc FXII līdz FXIIa aktivizēšanas, ko izraisa tā saskare ar negatīvi lādētām virsmām. Abi ceļi pēc virknes reakciju saplūst ar kopējo FX aktivācijas ceļu, kas galu galā noved pie fibrinogēna sadalīšanās fibrīnā, kas ir būtiski trombu veidošanai [48, 49]. Pēdējos gados ir plaši pētītas zāles, kas vērstas uz iekšējiem (kontakta) ceļa komponentiem, piemēram, FXII un FXI, jo tika pierādīts, ka peles, kurām trūkst FXII, tika pasargātas no trombu veidošanās, bet tām nebija nopietnu asiņošanas traucējumu [50–52], kas liecina, ka šis ceļš ir svarīgi patoloģiskai koagulācijai.

Aktivizējoties, XII faktors šķeļ plazmas prekallikreīnu (PK), radot kalikreīnu, kas papildus abpusējai aktivācijai ar FXII katalizē arī HMWK, kas rada bradikinīnu (kallikreīna-kinīna sistēmu) hidrolīzi [53]. Bradikinīns ir spēcīgs pro-iekaisuma mediators, kas palielina endotēlija caurlaidību [48,54] un sāpes [55]. Tāpēc kontaktceļa inhibitoru klātbūtne hematofāgu posmkāju siekalās spēlētu svarīgu lomu kā pretiekaisuma molekulas, samazinot bradikinīna veidošanos (kā parādīts D7s/OBP līdzīgajiem proteīniem hamada [35] un PdSP15s [41]). , un inhibējot/novēršot plazmas noplūdi, ko izraisa kontakta ceļa aktivācija, kā ziņots par PdSP15 [41].

For more information:1950477648nn@gamil.com