A D7 fehérje szerkezetének és fiziológiai szerepeinek áttekintése a vért tápláló fonálféregben 1. rész

Egyszerű összefoglaló:

A vektorok olyan organizmusok, amelyek fertőző kórokozókat képesek átvinni egyik gazdaszervezetről (emberről vagy állatról) a másikra. Sok vektornak (beleértve a szúnyogokat, homoki legyeket és kullancsokat) van egy közös jellemzője: vért tápláló (hematofág) ízeltlábúak. Minden alkalommal, amikor megharapják gerinces gazdájukat, a bőr- és érsérülések egy sor reakciót váltanak ki, amelyek a helyükön a szájszerveik véráramlásának megszakadásához, valamint a viszketés és fájdalom miatti éberséghez vezethetnek. Mindazonáltal nyáluk olyan molekulák koktélját tartalmazza, amelyek képesek ellensúlyozni ezeket a gazdaválaszokat (vérzéscsillapítás, gyulladás és immunitás), lehetővé téve számukra a sikeres táplálkozást.

Sokszor az általuk terjesztett kórokozókat nyállal fecskendezik be a gazdaszervezetbe. Ezért a vektor nyál összetételének megértése kulcsfontosságú biológiájuk és vektoriális kapacitásuk tanulmányozásához, valamint az általuk terjesztett betegségek (beleértve az új vakcinajelöltek) leküzdésére szolgáló új módszereket javasolni. A fontos nyálfehérje családok közé tartozik a D7, amely bőségesen expresszálódik a vérszívó kétszárnyúban, és távoli rokonságban áll az Odorant-Binding Proteinekkel (OBP). Itt átfogó áttekintést adunk a D7 fehérje szerkezetéről, funkciójáról és evolúciójáról, megvitatva, hogy az OBP-szerű doménjeikben bekövetkezett génduplikáció és módosulások hogyan vezetnek a funkció növekedéséhez és elvesztéséhez különböző hematofág Diptera fajokban.

A fertőző kórokozók fertőzéseket okozhatnak, és az immunrendszer feladata, hogy védekezzen ezekkel a kórokozókkal szemben, és megakadályozza a fertőzés előfordulását. Az immunrendszer kulcsszerepet játszik a kórokozók azonosításában és elpusztításában. A fertőző kórokozók az immunrendszert antitestek és sejtes immunválaszok termelésére késztetik, amelyek megakadályozzák az újrafertőződést.

Bizonyos kórokozók azonban megkerülhetik vagy gyengíthetik az immunrendszer védekező mechanizmusait, ami az immunitás csökkenéséhez és ezáltal a fertőzés kockázatának növeléséhez vezethet. Például a HIV megtámadhatja az immunrendszer CD4 plusz T sejtjeit, megzavarva az immunrendszer működését és megkönnyítve a fertőzést.

Ezenkívül a legyengült immunitás bizonyos fertőzéseket súlyosabbá és nehezen kezelhetőbbé tehet. Ezért a fertőző kórokozók és az immunitás közötti kapcsolat megértése nagyon fontos a fertőző betegségek megelőzésében és kezelésében. Ebből a szempontból javítanunk kell az immunitást. A Cistanche jelentősen javíthatja az immunitást. A húsban található poliszacharidok szabályozhatják az emberi immunrendszer immunválaszát, javíthatják az immunsejtek stressz-képességét, és fokozhatják az immunsejtek baktericid hatását.

Kattintson a cistanche tubulosa vásárlásra

Absztrakt:

Minden alkalommal, amikor egy rovar megharap egy gerinces gazdát, a piercing által okozott bőr- és érsérülés egy sor reakciót vált ki, beleértve a vérzéscsillapítást, a gyulladást és az immunitást. A helyén ez a redundáns és egymással összefüggő válaszhalmaz végső soron véralvadást, viszketést és fájdalmat okozna, ami a befogadó tudatosságához vezet, ami a legjobb esetben az etetés megszakadásához vezet. Mindazonáltal a hematofág ízeltlábúak nyála olyan molekulák komplex koktélját tartalmazza, amelyek döntő fontosságúak a véretetés sikeréhez.

A vérszívó ízeltlábúak nyálában eddig leírt fontos fehérjecsaládok közé tartozik a D7, amely bőségesen expresszálódik a vért tápláló Nematocera-ban. A D7 fehérjék távoli rokonságban állnak a rovarok Odorant-Binding Proteinjeivel (OBP), és az alacsony szekvenciaazonosság ellenére a szerkezeti hasonlóság megfigyelése arra utalt, hogy az OBP-ekhez hasonlóan meg kell kötniük/meg kell kötniük a kis hidrofób vegyületeket. Az ebbe a családba tartozó tagokat rövid és hosszú formákra osztják, amelyek egy vagy két OBP-szerű domént tartalmaznak. Itt áttekintést adunk a D7 fehérje szerkezetéről és funkciójáról, megvitatva, hogy az evolúció során a génduplikáció és az OBP-szerű doménjeik bizonyos módosításai hogyan vezetnek a különböző hematofág Diptera fajok funkciójának növekedéséhez és elvesztéséhez.

Kulcsszavak:

D7 fehérjék; szagkötő fehérjék; vektorbiológia; hematofágia; vektor nyál; vérzéscsillapítás; gyulladás.

1. Bemutatkozás

A vektorok által terjesztett betegségek tünetei, jellemzői, etiológiai ágensei és vektoraik tekintetében meglehetősen változatosak. E sokféleség ellenére a legtöbb ismert vektor közös jellemzője, hogy hematofág ízeltlábúak. A vérrel való táplálás képessége számos kihívást jelent, beleértve a gazdát megtalálni, a bőrét átszúrni és vérforrást találni, a vért szívni, hogy később megemészteni, és megbirkózni az emésztése által generált oxidatív stresszel (lásd [1–3]). ).

Minden alkalommal, amikor egy rovar megharapja a gerinces gazdáját, a bőr és az érrendszer sérülése számos reakciót vált ki, beleértve a vérzéscsillapítást, a gyulladást és az immunitást [1, 2, 4–8]. Ezek az összetett és redundáns biológiai folyamatok a mediátorok számos osztályának, köztük az eikozanoidoknak, a biogén aminoknak, a koagulációs és komplementer faktoroknak a termelése/kiválasztása miatt összefüggenek egymással, és képesek továbbterjedni.

Helyükön megszakítanák a véráramlást a hematofág ízeltlábúak szájrészében (az érszűkület, a vérlemezke-aggregáció és a véralvadás miatt), és kiváltanák a gazdaszervezet tudatosságát (viszketés és fájdalom miatt). Mindazonáltal a vért tápláló ízeltlábúak nyálában ugyanolyan összetett és redundáns molekula-keverék található, amely képes ellensúlyozni a hematofágia sikerében kulcsszerepet játszó gazdaszervezet védekezését (lásd [1,2,4–8]). Valójában, ahogy korábban Ribeiro kifejtette, a hematofág ízeltlábúak "élő fecskendők", és nyáluk még mindig viszonylag kiaknázatlan farmakológiailag aktív molekulák [4].

A véralvadásgátló molekulák jelenlétéről a hematofág ízeltlábúak nyálában először a múlt század elején számoltak be [9,10], és a nyálkiválasztás fontosságának bemutatását a 800-as években javasolták először [11–13]. . Ennek ellenére a nyál összetételét és összetevőinek sajátos funkcióját még mindig kevéssé ismerték. A nagyszabású szekvenálás és proteomika alkalmazása az elmúlt évtizedekben lehetővé tette a nyál összetételének jobb megértését, de feltárta annak összetettségét és azt is, hogy milyen kevéssé ismert [2,14]. Mivel a hematofágia az ízeltlábúak evolúciója során többször is felmerült egymástól függetlenül, számos mód jelent meg az e szokás által támasztott kihívások kezelésére a különböző rovarrendek között, vagy akár ugyanazon a nemzetségen belül, ami a fehérjék repertoárjának széles változatosságához vezetett, hogy ellensúlyozza a gazdaszervezet védekezőképességét. a harapás [2,4,5,7,15,16].

A vérszívó ízeltlábúak nyálában eddig leírt fontos fehérjecsaládok közé tartozik a D7, amely bőségesen expresszálódik a hematofág kétszárnyúban [17–19], és távoli rokonságban áll a rovarok szagkötő fehérjéivel (OBP) / feromonkötő fehérjéivel (PBP). .

A rovarokban az OBP-k jellemzően 100 és 160 aminosav között mozognak, de amint azt a Diptera-ban leírt "atipikus/két domén" vagy "plusz C" alcsaládok egyes tagjainál megfigyelték, amelyek akár 300 aminosavat is tartalmazhatnak [20-22 ]. Különböző sorrendben vannak jelen, és az annotált OBP gének száma nagymértékben változik a különböző fajok között, valamint az aminosavszekvencia.

Mindazonáltal ciszteinjeik erősen konzerváltak – klasszikusan 6, bár ez a szám a mínusz C OBP-kben lévő 4-től a plusz OBP-kben található 8-tól egészen 9-ig vagy 10-ig változhat – a polipeptidláncon belül helyezkednek el, némelyikük között jellegzetes távolsággal [20,21 ,23]. Eltérően a gerinces OBP-ktől, amelyek a lipocalinok szupercsaládjába (SCOP: 3001332) tartozó fehérjék, a rovarok OBP-jei a teljes fehérjék közé tartoznak, és a rovarok feromon/szagkötő szupercsaládjába (SCOP ID: 4000957) tartoznak. Annak ellenére, hogy a tagok között alacsony a szekvenciaazonosság, a klasszikusan rovarokból származó OBP-k nagyon jellegzetes harmadlagos szerkezettel rendelkeznek, a 6 -hélixek jellemzően 3 diszulfidkötéssel stabilizálódnak, amelyek kötőüreget alkotnak (1A. ábra), amelyeket hidrofób maradékok vesznek körül [20,24–26 ]. Elsődleges szerkezetük nagy száma és sokfélesége, az általános architektúra megtartása mellett, nagyon sokoldalúvá tette őket a ligandumok tekintetében, de mindegyikben van egy közös jellemző: kis hidrofób molekulák megkötésére való képességük/potenciáljuk.

A D7 fehérjék azonban a vért tápláló Nematocera-ra korlátozódnak, ahol bőségesen expresszálódnak nyálmirigyeikben. Ennek a családnak a tagjait (1) rövid formákba (D7S), más néven D7-rokon (D7r) sorolják, 15–17 kDa körüli molekulatömeggel, és egy OBP-szerű domént tartalmaznak (1B. ábra); (2) hosszú formák (D7L), 30–38 kDa körüli molekulatömeggel, és két OBP-szerű doménből állnak (1C. ábra). Amint azt Arcà és munkatársai először javasolták [27], majd később röntgendiffrakciós krisztallográfiával [7,28–30] megfigyelték, az OBP-kkel való csekély szekvenciális hasonlóságaik ellenére a D7 fehérjedomének architektúrája nagyon hasonlít az OBP-ekhez, mivel a következőkből áll: hélixek (általában azonban 7–8 -hélix 6 helyett), hidrofób zsebet képezve (1B, C ábra), amely alkalmas a hidrofób molekulák megkötésére, amint azt az alábbiakban még tárgyaljuk.

Az eddig jellemzett D7 fehérjék többsége a vérszívó kétszárnyúak nyálában található, ahol vérzéscsillapító és/vagy gyulladásgátló molekulaként hatnak, elősegítve a vér táplálását. Ebben a cikkben átfogó áttekintést adunk a D7 és D{5}}-hoz hasonló fehérjék szerkezetéről, működéséről és evolúciójáról, összehasonlítva néhány szempontot az ízeltlábúak OBP-eivel és más, a vektorélettan szempontjából releváns fehérjecsaládokkal.

2. D7-ek: Az első gén leírásától a sokféleségükre, eloszlásukra és funkciójukra vonatkozó nyomokig

Az első D7 fehérjét kódoló gént 1991-ben izolálták és leírták az Aedes aegypti-ben [31], amelyről kimutatták, hogy bőségesen és kizárólag a 37 kDa-os fehérjét termelő női nyálmirigyekben expresszálódik. A preparált női nyálmirigyek in situ hibridizációja során antiszensz RNS-sel vizsgáltuk ennek a génnek a kódoló régióját, és kiderült, hogy expressziója főként a disztális laterális és mediális lebenyekben volt, amelyek nagyon jól differenciálódnak a nőstényekben (hematofág) a hímekhez képest (fitofág) , ami arra utal, hogy terméke nagy valószínűséggel részt vesz a vérellátásban. Később egy úttörő tanulmányban, amelynek célja olyan gének azonosítása volt, amelyek kizárólag az Anopheles gambiae nyálmirigyében expresszálódnak, és amelyek termékei szignálpeptideket tartalmaztak, hat cDNS-t izoláltak.

Ezek közül három, amelyekről kimutatták, hogy bőségesen expresszálódnak a női nyálmirigyekben, a korábban leírt Aedes aegypti D7-hez hasonló, bár rövidebb transzkriptumokat kódoltak, ami arra utal, hogy ez egy új fehérjecsalád. Mindhárom teljesen igazodik az Aedes D7 C-terminális doménjéhez, ezért D7-rokon fehérjéknek (D7r): D7r1–D7r3 [32] nevezték el. Hasonlóképpen expresszálódnak a női disztális laterális lebenyekben, bár közülük csak egy (D7r1) expresszálódott a mediális lebenyekben is [32].

Néhány évvel később egy negyedik D7r-t (D7r4) is találtak az Anopheles gambiae női nyálmirigyekben, és kimutatták, hogy közel helyezkedik el a másik három formához, amelyek a 3R kromoszómán alkotnak egy klasztert [27]. Ha egymáshoz igazodtak, ez a 4 transzkriptum 53-73 százalékos hasonlóságot mutatott közöttük, és ami nagyon fontos, kismértékű hasonlóságuk volt az OBP-kkel és a feromonkötő fehérjékkel (PBP), de 4 ciszteinjük az antennához kapcsolódó konzervált pozíciókban helyezkedett el. és nem antennás OBP-k. Az alacsony szekvencia-hasonlóság ellenére a másodlagos szerkezeti előrejelzés szerkezeti hasonlóságokat sugall az OBP-kkel, ezért azt feltételezték, hogy a D7-eknek hidrofób kötőzsebük is lehet, amelyet -hélixek vesznek körül, és képesek kis hidrofób molekulák megkötésére vagy hordozására, amelyek valószínűleg a gazdaválaszokban szerepet játszó mediátorok (pl. gyulladás és vérzéscsillapítás), tekintettel arra a tényre, hogy ezek bőségesek, és kizárólag a női nyálban voltak jelen [27].

Az a tény, hogy ezek az An. gambiae rövid formák az Ae C-terminálisához igazodva. aegypti D7L, és hogy a Southern blot vizsgálatok más tagokat találtak közeli rokon fajokban, felvetették annak a lehetőségét, hogy ennek a géncsaládnak a tagjai más szúnyogfajokban is jelen lehetnek, és hogy az ezen gének által kódolt különböző hosszúságú fehérjéknek hasonló funkciója lehet, de eltérő célpontok lehetnek. elsõdleges szerkezetük különbözõségére [27].

Valójában Suwan és munkatársai először számoltak be arról, hogy az Anopheles stephensi nyálmirigyében egy D7L és 2 D7-rokon (rövid) formát kódoló gének, valamint a hosszú formájú fehérje felismerésére előállított poliklonális antitesttel végzett Western blot kereszteződött. reaktivitás D7rs-szel is [33]. Ez volt az első jelentés, amely kimutatta, hogy valóban megtalálhatók hosszú és rövid formák ugyanabban a fajban. Ezt követően a későbbi vizsgálatok e család más tagjainak jelenlétéről számoltak be különböző szúnyogfajokban (Culicidae család), beleértve az Anopheles arabiensis-t, az Aedes aegypti-t és az Anopheles darlingit [17,18], valamint a Psychodidae családba tartozó más hematofág kétszárnyúakat. homok legyek) [17].

Összességében ezek a vizsgálatok határozottan azt sugallták, hogy: (1) A D7 fehérjecsalád, amely valószínűleg elterjedt a hematofág kétszárnyúban, kizárólag a női nyálmirigyekben expresszálódik, ezért fontos szerepük lehet a vérellátásban; (2) Különböző fajokban és ugyanazon a fajon belül különböző hosszúságú és aminosavszekvenciájú D7 fehérjék voltak jelen, valószínűleg a diverzitást generáló génduplikáció eredményeként; (3) feltételezett célpontjaiknak kis hidrofób molekuláknak kell lenniük, például gyulladás- és/vagy vérzéscsillapító mediátoroknak [27,33]. Ennek ellenére funkciójuk még mindig megfoghatatlan volt.

3. A nyál D7 fehérjéi gyulladásgátló és vérzéscsillapító molekulák

A vérszívó Nematocera nyálában jelenlévő D7 és más OBP-szerű fehérjék elsődleges szerkezete változatos lehet, ami funkciónövekedéshez és -vesztéshez vezethet annak ellenére, hogy megtartanak néhány kulcsfontosságú jellemzőt és általános felépítést, amint azt számos OBP-nél megfigyelték. Az 1. táblázat összefoglalja a különböző fajok nyálában eddig leírt D7 és D{5}}szerű fehérjéket és ligandumaikat, valamint megadja a Protein Data Bank (PDB) hozzáférési számukat, ahol alkalmazható. A részleteket és a fiziológiai relevanciát az alábbiakban tárgyaljuk.

3.1. Lépjen kapcsolatba a Pathway Inhibitorokkal

Az első D7, amelynek funkcióját jellemezték, egy rövid forma (D7r), a Hamadarin [35] volt, amelyet az Anopheles stephensi nőstények SG-jében fejeztek ki. A legközelebbi D7-et An-ban fejezzük ki. gambiae D7r1 lenne. Kimutatták, hogy a hamadarin megköti a XII. faktort (FXII) és a nagy molekulatömegű kininogént (HMWK), így gátolja az érintkezési útvonal aktivációját és ennek következtében a bradikinin termelést, és gyulladásgátló molekulaként működik. Ennek ellenére mindkét esetben a Surface Plasmon Resonance (SPR) által vizsgált FXII-vel és HMWK-val való kölcsönhatás csak Zn2 plus jelenlétében fordult elő, és nem befolyásolta az aktivált faktorok amidolitikus aktivitását. Inkább az érintkezési útvonal aktiválását gátló hatása annak köszönhető, hogy interferál a FXII és a kallikrein reciprok aktiválásával, aminek a töltött felületekkel való kölcsönhatása során fel kell lépnie [35]. Néhány évvel később egy másik, az Anopheles stephensi (Anophensin) nyálában jelenlévő érintkezési útvonal aktivációs gátlót jellemeztek, és kimutatták, hogy hasonló célpontjai vannak, mint a Hamadarinnak, de teljesen más fehérjecsaládba tartozik [42].

Figyelemre méltó, hogy a homoklégy nyálában a leginkább expresszált fehérjék között [43–45] található egy olyan fehérjecsoport, amely szintén az OBP szupercsaládba tartozik, nem található meg a szúnyogokban, és különbözik a D7 fehérjéktől. Először nemcsak bőségük miatt hívták fel rájuk a figyelmet, hanem azért is, mert a Leishmaniasis elleni vakcina jelöltjeiként azonosították őket [46,47]. Csak több mint egy évtizeddel később ennek a csoportnak két tagját jellemezték a Phlebotomus duboscqi nyálában: a PdSP15a-t és a PdSP15b-t (P. duboscqi Salivary Protein 15a, illetve b). Mindkettő nagyon hasonló egymáshoz, és gátolják a kontaktút aktiválását és a bradikinintermelést [41], de a Hamadarinnál leírtaktól [35] eltérő mechanizmus révén. A PdSP15a és b nem kötődik semmilyen koagulációs faktorhoz (zimogénhez vagy aktivált formához), kallikreinhez vagy prekallikreinhez. Hatásuk azonban a negatív töltésű polimerek, például a dextrán-szulfát (DS), a polifoszfát (PP) és a heparin megkötésén keresztül valósul meg, megakadályozva kölcsönhatásukat a FXII-mel, ami szükséges az auto-hasadáshoz, amely kiváltja az aktiválódást, és ezt követően továbbterjed az érintkezési útvonal aktivációja. a FXII és a plazma prekallikrein (PK) reciprok aktiválása, valamint az FXI trombin és FXIIa általi aktiválása. Fontos, hogy míg a klasszikus OBP-k és D7-ek hidrofób zsebbel rendelkeznek, ahol kis hidrofób ligandumaik kötődnek, a szerkezeti adatok azt sugallják, hogy hatásmechanizmusa az anionos felületük és a negatív töltésű ligandumok közötti elektrosztatikus kölcsönhatás, nem pedig a hidrofób üregben történő kötődés [41,47]. .

A plazma koagulációs kaszkádot két különböző ág indíthatja be: (1) a külső útvonal, amely akkor indul be, amikor a VII. faktor (FVII) aktiválódik, amikor a vaszkuláris sérülést követően kitett szubendoteliális szöveti faktorhoz (TF) kötődik. (2) Az érintkezési útvonal, más néven intrinsic útvonal, az FXII-FXIIa aktiválásakor indul be, amelyet a negatív töltésű felületekkel való érintkezés vált ki. Mindkét útvonal egy sor reakció után a közös útvonalhoz konvergál az FX aktiváción keresztül, ami végül a fibrinogén fibrinné hasadásához vezet, ami elengedhetetlen a vérrögképződéshez [48,49]. Az elmúlt években az intrinsic (kontakt) útvonal komponenseit, például az FXII-et és az FXI-t célzó gyógyszereket széles körben tanulmányozták, mivel kimutatták, hogy az FXII-hiányos egerek védettek a trombusképződéstől, miközben nincs jelentős vérzési rendellenességük [50–52], ami arra utal, hogy ez az útvonal fontos a patológiás koaguláció szempontjából.

Aktiválódáskor a XII faktor lehasítja a plazma prekallikreint (PK) és kallikreint generál, ami a FXII-vel való reciprok aktiváláson túl a HMWK bradikinint termelő hidrolízisét is katalizálja (kallikrein-kinin rendszer) [53]. A bradikinin egy erős gyulladásgátló mediátor, amely fokozza az endothel permeabilitását [48,54] és a fájdalmat [55]. Ezért a hematofág ízeltlábúak nyálában a kontaktút-inhibitorok jelenléte fontos szerepet játszana gyulladáscsökkentő molekulákként, mivel csökkenti a bradikinin termelést (amint azt a D7s/OBP-szerű fehérjék esetében, a hamada [35] és a PdSP15s [41] mutatja). , valamint az érintkezési útvonal aktiválása által kiváltott plazmaszivárgás gátlásával/megakadályozásával, amint azt a PdSP15-re vonatkozóan közölték [41].

For more information:1950477648nn@gamil.com