A D7 fehérje szerkezetének és fiziológiai szerepeinek áttekintése a vért tápláló fonálféregben 2. rész
Jun 14, 2023
3.2. Biogén aminkötő D7s
Az Anophelesnek több mint 460 faja létezik, amelyek 7 alnemre oszthatók [56]. Eddig 18 Anopheles-faj (referenciatörzs) genomját szekvenálták, és ezek elérhetők a Vector Base-ben, amelyek az Anopheles három fő orvosi szempontból fontos alnemzetségét képviselik: Cellia, Anopheles és Nyssorhynchus, amelyek a földgolyó különböző régióit foglalják el, és eltérnek attól. egymást 100 millió évvel ezelőttig (mint Cellia és Nyssorrhynchus esetében) [57–59]. Azok az Anopheles sp szúnyogok, amelyek genomját eddig publikálták (2. ábra), 2-5 D7S-t tartalmaznak (alnemzetségtől és sorozattól függően), plusz legalább két hosszú formát (D7L2 és D7L3), míg néhánynak van egy harmadik hosszú formája (D7L1, jelen van). egyes Cellia sorozatokban és Anopheles alnemzetségben) [29,60].
A genom szorosan összefügg az immunitással. Az emberi genom tartalmazza az immunrendszerhez szükséges összes gént, beleértve az emlősök immunrendszerének génjeit, a vírusos és bakteriális fertőzések génjeit stb. Ezek a gének szorosan kapcsolódnak az immunrendszer normál működéséhez, és befolyásolják az emberek ellenállását és immunszintjét.
Emellett a genom különböző változatai is befolyásolhatják az immunrendszer teljesítményét és rezisztenciáját. Az emberi genomban számos génpolimorfizmus található, amelyek meghatározzák a betegségekkel szembeni rezisztencia mértékét a különböző populációkban. Például a humán leukocita antigén (HLA) egy fontos gén az immunrendszerben, és polimorfizmusa lehetővé teszi különböző emberekben, hogy különböző immunválaszokat és rezisztenciát alakítsanak ki.
Az utóbbi években a genomikai kutatások elmélyülésével egyre több tanulmány mutatta ki, hogy a genomi variáció szorosan összefügg számos immunrendszeri eredetű betegség előfordulásával. Például az autoimmun betegségek (például lupus, rheumatoid arthritis, sclerosis multiplex stb.) és immunhiányos betegségek (például AIDS, periodikus láz és szájfekély-szindróma stb.) mind genomiális eltérésekkel járnak.
Ezért a genomkutatás nagy jelentőséggel bír az immunrendszer működésének, a betegségek mechanizmusának megértésében és a különböző populációk egyénre szabott kezelésében. Ebből a szempontból javítanunk kell az immunitást. A Cistanche jelentősen javíthatja az immunitást. A Cistanche számos antioxidáns anyagban gazdag, például C-vitaminban, vitaminokban, karotinoidokban stb. Ezek az összetevők megkötik a szabad gyököket, csökkentik az oxidatív stresszt és javítják az immunitást. immunrendszer rezisztencia.
Kattintson a cistanche tubulosa előnyeire
Néhány évvel Hamadarin jellemzése után jellemezték azt az 5 D7rs-t (D7r1-D7r5), amelyek átiratát korábban Anopheles gambiae (Cellia) női nyálmirigyekben [27,32] figyelték meg [34]. A D7r5 kivételével mindegyikük nagyon nagy affinitással köti a szerotonint (disszociációs állandók, KD, 3 nM alatt), valamint a hisztamint 41 és 111 nM közötti KD-vel. Érdekes, de nem meglepő módon más biogén aminok megkötésére való képességük és azokhoz való affinitásuk is eltérő volt (összefoglalva az 1. táblázatban), ami a D7 család különböző tagjainak funkcióinak eltérésére utal, még ugyanazon a fajon belül is. A kötődési sztöchiometria minden esetben 1:1 volt, és a kompetíciós vizsgálatok azt sugallták, hogy a biogén aminoknak ugyanaz a kötőhelye [34], amit később az Anopheles gambiae D7r4 szerotoninhoz és más biogén aminokhoz kötött kristályszerkezete is megerősít [28]. .
Ortológusok An. gambiae D7rs megtalálható minden Anophelines elemzett fajban, amelyek genomja eddig a Vector Base-ben van annotálva (2. ábra), bár egyesek elveszítették egy vagy több tagját [29,60]. A szekvenciák különböző fajokon és csoportokon belüli eltéréseitől függetlenül a biogén aminokat borító kritikus maradékok, amelyeket az Anopheles gambiae D7r4 szerkezeti adatainak [28] köszönhetően azonosítottak, rendkívül konzerváltak gyakorlatilag az összes D7r1-D7r4 formában a fajok között. a Cellia, Nissorhynchus és Anopheles alnemzetségekhez, ami arra utal, hogy mindannyian megőrizték szerotoninmegkötő képességüket [29]. Másrészt, minden D7r5 fajban eltérések mutatkoznak a különböző kritikus maradékokban [29], ami arra utal, hogy amint azt az Anopheles gambiae D7r5 [34] esetében kísérletileg megfigyelték, elvesztették a biogén amin megkötő képességét.
Érdekes módon, bár az Anopheline D7S formák általában megőrizték biogén aminkötő képességüket, ez nem igaz a hosszú formákra, ahol sok variáció, neofunkcionalizáció és funkcióvesztés figyelhető meg a különböző fajokhoz tartozó fajok között. alnemzetségek.
Az első jellemezhető Anopheles D7L, eredeti nevén Anopheles stephensi D7L1 (AnSt-D7L1), manapság D7L2-nek számít az An-hoz való hasonlósága miatt. gambiae formáiról kimutatták, hogy nem képesek megkötni a szerotonint vagy bármely tesztelt biogén amint, de megkötötték az eikozanoidokat az N-terminális doménjében [30]. Akárcsak Anopheles gambiae, An. stephensi a Cellia alnemzetségbe tartozik. Mindazonáltal a közelmúltban a D7L tagjai, amelyek más Anopheline alnemzetségekhez tartoznak, An. atroparvus D7L1 (Anopheles) és An. A drága D7L2-ről (Nyssorhynchus) kimutatták, hogy nagyon nagy affinitással köti meg a szerotonint (a C-terminális doménjében) [29], és az Anopheles gambiae rövid formáihoz [34] és az Aedes hosszú formáihoz [34, 37, 38] megfigyelt KD-t mutat. ]. Mindazonáltal általában hiányzik, vagy jelentősen alacsonyabb volt más biogén aminok megkötő képessége. A szerotonin megkötő képességének elvesztése az An-ban. stephensi a szerkezeti adatoknak köszönhetően jobban megérthető [30].
Anophelin szúnyogokban a D7S (vagy D7r) fehérjék az Anopheles és az Aedes D7L C-terminális doménjéhez igazodnak, és a röntgenkrisztallográfiai vizsgálatok megerősítették, hogy a D7S fehérjék és a biogén aminkötő D7L OBP-szerű C-terminális doménje szerkezetileg nagyon hasonló. Általános jellemző, hogy a szerotonin/biogén amin kötőzseb egy aromás csoportokkal bélelt hidrofób üreg, amelyet 8 a-hélix veszi körül, amelyeket 3 diszulfidkötés stabilizál (1B. és 3. ábra). néhány poláris töltésű maradék jelenléte a zseb bejáratában (glutaminsav és aszparaginsav) hidrogénkötéseket tesz lehetővé a szerotonin alifás részével (3. és 4. ábra) A ligandumot tovább stabilizálja az indolcsoportja és az aszparaginsav között kialakuló hidrogénkötés. tirozin (94-es lyr az An. gambiaeD7r4-ben, 3. ábra). A szerotonin/biogén amin kötődése szempontjából fontos aminosavak a 4. ábrán szürke négyzetekkel vannak kiemelve. Az illesztés azt mutatja, hogy a legtöbb konzervált, annak ellenére, hogy a többi maradékban van különbség. még olyan fehérjékben is, amelyekről kimutatták, hogy nem kötnek biogén aminokat, mint például az An. stephensi D7L1, ahol a kötődés elvesztése néhány maradék módosításnak köszönhető (4. ábra).
Egyes fehérjékben a szerotonin 5-hidroxilcsoport hidrogénkötést hoz létre egy hisztidinnel (a 3. és 4. ábra kék mezővel kiemelve), amint azt a D7r4 és az Aedes aegypti D7L1 esetében megfigyeltük (His 35 az elsőben és His 189 a második). Ezt a His-t alanin (Ala-190) helyettesíti az An-StD7L1-ben, de ez nem lenne elegendő a megfigyelt funkcióvesztés magyarázatára, mivel An. darlingi D7L2 (Nyssorhynchus alnemzetség) és An. az iteroparous D7L1 (Anopheles alnemzetség) megköti a szerotonint, még akkor is, ha ez a His metioninnal vagy alaninnal van helyettesítve [29]. Ezért a kritikus különbség, amely megkülönbözteti az Anopheles stephensi D7L1-et a szerotonint megkötő szúnyog D7-ektől, a második és az utolsó cisztein elvesztése a C-terminális doménjében (zöld és piros doboz C-terminális doménje, 4. ábra). Ez a két aminosav alkotná a C-terminális második diszulfidkötését, a teljes fehérje negyedikét, ezért DS4-ként jelölték. Ezek hiányában a H2 hélix eltolódása és a B2 hélix feltekeredése következik be, ennek eredményeként a W173, amely egyébként nincs jelen a biogén aminkötő D7s-ekben, az R177 (AnSt-D7L1) pedig a kötőzseb egy részét foglalja el, magyarázva képtelen megkötni a biogén aminokat, amint azt korábban bemutattuk és részletesen tárgyaltuk [30].
Ennek a két ciszteinnek a hiánya a Cellia alnemzetségbe tartozó összes fajban expresszálódó D7L1-ben és D7L2-ben is megfigyelhető, ami arra utal, hogy ezek elveszíthették a biogén aminkötő funkciót is [29]. Ezt a hipotézist az AlphaFold [61] segítségével felépített modelljeik megfigyelése is alátámasztja (5. ábra). Mint a kísérletileg megfigyelt An esetében. stephensi D7L1 [30], a DS4 hiánya a Cellia D7L1 és D7L2 fehérjékben a hélix H2 pozíciójának eltolódásával és egyéb szerkezeti átrendeződésekkel jár együtt, amelyek egy terjedelmesebb C-terminális zseb kialakulásához vezetnek, ahol a maradékok az üreg egy részét foglalják el, és nem hagynak elegendő helyet befogadja a szerotonint vagy más biogén aminokat (5. ábra). Másrészt, a B2 hélixben megfigyelt feltekeredési fok a fajtól függ, vagy egy instabilabb hélix egyik állapotból a másikba való átmenet eredménye lehet.
A hosszú formák másik csoportja a D7L3, amely minden eddig elérhető genommal rendelkező Anopheles fajban jelen van. Az Anopheles gambiae D7L3 nagy affinitással és specifitással köti meg a szerotonint [29], és C-terminális doménjében az összes kritikus aminosav megtalálható, amelyekről kimutatták, hogy részt vesznek a biogén amin kölcsönhatásban [28] (4. ábra), és ugyanolyan térbeli elrendezésű, mint a D7r4. [29]. Ez a konzerváció az Anopheles fajokból elemzett összes D7L3-ban is megfigyelhető volt, függetlenül az alnemzetségtől, ami arra utal, hogy ez a forma, amely a D7 klaszterekben a rövid formákkal szomszédos helyzetben van, megőrizte ezt a funkciót mindegyik fajban [29].
A Culicinae szúnyogokban D7S ortológok és 2 db D7L (D7L1 és D7L2) is megtalálhatók. Mindazonáltal, ellentétben az Anophelinae-nél megfigyeltekkel, ezek rövid formái nem kötik meg a biogén aminokat az Aedes aegypti (AeD7S1) és a Culex quinquefasciatus (D7CQS1) [29] esetében közölt eredményeknek megfelelően, míg a hosszú formáikat eddig jellemezték, a Culex kivételével. quinquefasciatus D7L1, nagyon nagy affinitással rendelkeznek azokhoz a ligandumokhoz (különösen a szerotoninhoz), amint azt az Aedes aegypti D7L1 (korábbi nevén AeD7L) és D7L2 [34,37], Ae. albopictus (D7L1) [38] és Culex quinquefasciatus (CxD7L2) [39]. Strukturális adatok arra utalnak, hogy a rövid formáik funkcióvesztése, annak ellenére, hogy mind a 6 konzervált ciszteint tartalmazzák, és -hélixekből állnak, annak a C-terminálisuk megrövidülésének a következménye, amelyből hiányzik a -hélix H2 régió, és ennek következtében a -hélixek különbségei. olyan elrendezések, amelyek a kötőzseb eltömődéséhez vezetnek [29]. Nagyon fontos, hogy a kulicinákból hiányzik a D7L3, az a hosszú forma, amely az Anopheles sp. közvetlenül szomszédos a kazettában a rövid formákkal, és mivel a legtöbb DS (D7r1–r4) az Anophelesben, megköti a szerotonint [29].
A biogén aminok különféle folyamatok közvetítői, amelyek részt vesznek a gerincesek harapásra adott válaszaiban, sokszor összekapcsolva azokat [6,62]. A hisztamin például a gyulladásos és allergiás reakciók erős közvetítője, és a hízósejtek degranulációja során szabadul fel. Aktiválja az endotéliumot, növeli az érpermeabilitást, és elősegíti a viszketést és a fájdalmat [63–67]. Az is ismert, hogy elősegíti a simaizom-összehúzódást. Az aktivált vérlemezkék és neutrofilek által azonnal felszabaduló szerotonin és noradrenalin a vérlemezke-aggregáció és érszűkület agonistái. A szerotonin a gyulladásos válaszban is részt vesz azáltal, hogy aktiválja az endotéliumot, és elősegíti a viszketést és a fájdalmat [6]. Ezeknek a D7-eknek a hatékonyságát és jelentőségét a vektorbiológia szempontjából az mutatja, hogy képesek gátolni a különböző biogén aminok által kiváltott simaizom-összehúzódást [34,37], és megzavarják a szerotonin által közvetített vérlemezke-aktivációt [38].
3.3. Eicosanoid Binding D7s (a D7Ls N-terminális tartománya)
Az a tény, hogy a D7L formáknak két OBP-szerű doménje van, felvetette annak lehetőségét, hogy ezek a fehérjék más ligandumokat hordozhatnak N-terminális doménjükben. Valóban, Ae. Az aegypti D7L1, amelyről ismert, hogy megköti a biogén aminokat [34], volt az első olyan hosszú forma, amelyről kimutatták, hogy N-terminálisán megköti a ciszteinil-leukotriéneket (CysLT-k) és a leukotrién B4-et (LTB4) [36]. Nem sokkal ezután An. A stephensi D7L1 (AnSt-D7L1), amely nem köt biogén aminokat vagy más vizsgált ligandumot a C-terminális doménjében, nemcsak a CysLT-ekhez kötődik rendkívül nagy affinitással, hanem a tromboxán A2 (TXA2) analógjaihoz is (U46619 és karbociklusos tromboxán). ) [30]. Az izotermális titrálási kalorimetriás (ITC) vizsgálatok és a szerkezeti adatok azt mutatták, hogy mindkét ligandum legalább részben osztozik az N-terminális doménjében található kötőhelyen [30].
A Culicinae és Anophelinae szúnyogok más D7L1 és L2 fehérjéiről is kimutatták, hogy megkötik az eikozanoidokat, de eltérő affinitással és specifitással, a szerotonin megkötő képességük mellett. Culicinae-ben (Ae. aegypti D7L2 [37], Ae. albopictus D7L1 [38] és Cu. quinquefasciatus D7L2 [39]) kimutatták, hogy megkötik a CysLT-t és az LTB4-et (utóbbit csak az Aedesben), de az affinitásuk szignifikánsan alacsonyabb a jelentettnél az Ae. aegypti D7L1. Érdekes módon megszerezték az U46619 megkötésének képességét. Anophelinae szúnyogokban. An. iteroparous D7L1 (Anopheles) megköti a CysLT-ket, de alacsony affinitással, míg az An. drága D7L2 (Nyssorhynchus) nagyon nagy affinitással köti a CysLT-ket és a TXA2 analógokat (U46619) [29]. Ezek a D7s fehérjék bifunkcionálisak, mivel a szerotonint is megkötik.
Az An ligandum komplex kristályaiból származó kötőhely-maradékok összehasonlítása. darlingi D7L2, An. stephensi D7L1 és Ae. aegypti D7L1 [29,30,36] lehetővé tette az eikozanoid-kötődéshez szükséges kritikus maradékok hozzárendelését az N-terminális doménhez (a 4. ábrán kiemelve). A ligandumok stabilizálása szempontjából különösen fontosak a Trp-37, Trp-40 és Tyr-52 (referenciaként AnSt-D7L1), és amikor ez utóbbit Phe helyettesíti (sárga nyílhegy 4. ábra), amint azt az Ae. aegypti D7L1, a CysLT-k mellett a TXA2 megkötésének képessége elvész. Ugyanilyen fontos a Lys{21}} jelenléte, amely hidrogénkötést vagy sóhidat képez az eikozanoid karboxilcsoportjával. E kulcsfontosságú maradékok közül sok konzervált a D7L1-ben és D7L2-ben, különösen az utóbbiban, amelyek más elemzett Anophelinae fajokban is jelen vannak, ami arra utal, hogy az alnemzetségtől függetlenül konzerváltak legalább egy hosszú formát (D7L1 és/vagy D7L2), amely képes kötődni. ciszteinil-leukotriének [29], amint azt a közelmúltban az Anopheles gambiae D7L1 és D7L2 esetében is kimutatták [68]. Ez a két An. A gambiae D7L-ek nem voltak képesek megkötni a biogén aminokat, de megőrizték az eikozanoidok megkötésének képességét [68], ami nem meglepő, mivel hasonlóságuk (különösen a D7L2 forma) a korábban leírt Anopheles stephensi D7L1-hez (ma L2) [30], és mindkét faj az alnemzetséghez tartozik. A Celliából és D7L1-ből és L2-ből hiányzik a DS4 a C-terminális doménből.
Figyelemre méltó, hogy bár a D7L3-ok minden Anopheles fajban jelen vannak, és a C-terminálison a szerotoninkötéshez kötődő maradékaik rendkívül konzerváltak, az előrejelzések szerint az összes faj N-terminálisa nem képes megkötni az eikozanoidokat a jelentős szubsztitúciók miatt, amelyekről ismert. fontosak legyenek ehhez a feladathoz. Ezt a hipotézist kísérletileg megerősítették, amikor az ITC kimutatta, hogy An. gambiae D7L3 nem köt egyetlen vizsgált eikozanoidot sem [29].
Nagyon érdekes, hogy a D7L formák a homoki legyekben (család: Psychodidae) [17,69] is megtalálhatók, annak ellenére, hogy evolúciós távolságuk van közöttük és a szúnyogoktól (Culicidae). A Phlebotomus két különböző fajának (P. papatasi és P. duboscqi) nyálában jellemezhető hosszú formák megőrizték képességüket a rendkívül nagy affinitással rendelkező CysLT-k és TXA2 analógok megkötésére [40]. A P. papatasi D7L1-ből nyert szerkezeti adatok azt mutatják, hogy az eikozanoid kötődés az N-terminálison is megtörtént, hasonlóan a szúnyogok D7L-jénél leírtakhoz, míg C-terminálisa rövidebb és csonka volt, ezért nem képes megkötni a biogén aminokat [ 40].
A kövületek megfigyelései arra utalnak, hogy az első kétszárnyúak a triász korszakban jelentek meg, több mint 240 millió évvel ezelőtt (MYA). A triász, a Culicomorpha és a Psychodomorpha infra rendek végére megjelentek, ami azt jelenti, hogy a szúnyogok és a homoki legyek leszármazása több mint 200 MYA-val tért el, nagy valószínűséggel egy fitofág őstől, ami arra utal, hogy kialakult bennük az a szokás, hogy önállóan táplálkoznak vérrel [5,70 ]. Ezt támasztja alá az a tény is, hogy a legtöbb nyálmirigy fehérjecsalád, amely kizárólag a Nematocera-ban található, eltér a Psychodidae és Culicidae családok között, ami azt jelenti, hogy nagyon nehéz ortológusokat rendelni közöttük [5]. Ezért a szúnyog- és homoklégy D7L-ek, amelyek valószínűleg egy hasonló vagy közös ősi géntől függetlenül származnak, valószínűleg egy OBP-t kódolnak, és amelyet később önállóan toboroztak a szialomukhoz, és konvergens evolúcióval nyerték el ezt a funkciót. Ezt a hipotézist alátámasztja az a megfigyelés is, hogy eltérő intron/exon szerkezettel rendelkeznek [40].
A D7S ortológok hiánya a homoklegyekben és az, hogy D7L ortológjaik nem képesek megkötni a biogén aminokat, nem jelenti azt, hogy a nyálukban hiányoznak a célpontok megkötéséhez szükséges molekulák. Valójában a homoki légynyálban egy másik "Yellow" fehérjecsalád vette át a biogén aminok megkötő funkcióját [71], míg a nyálukban található PdSP15 OBP-szerű fehérje másik családja gátolja az érintkezési útvonal aktivációját [41]. Ez egy nagyszerű példa arra, hogy a független evolúció hogyan vezet a fehérjék különböző repertoárjaihoz, amelyek ugyanazokat a molekulákat célozzák meg.
A leukotriének (CysLT-k és LTB4) erős gyulladás- és allergiaközvetítők, amelyeket aktivált hízósejtek és más immunsejtek, például eozinofilek és makrofágok, valamint hám- és endoteliális sejtek választanak ki [72]. A cysLT-k szúnyogcsípésre adott válaszként a hisztaminnal együtt szabadulnak fel [62], ami megnövekedett érpermeabilitást okoz a bőrben [63] és ennek következtében bőrpírt és bőrpír kialakulását [73,74], míg az LTB4 az immunsejtek vonzásáért felelős kemoattraktánsként ismert. a válasz helyére [72]. Ezen erős gyulladáskeltő mediátorok megkötésének képessége fontos lenne az endothel aktiválódásának, az ödéma kialakulásának, az immunsejtek beszűrődésének, a viszketésnek és az ezen eikozanoidok által kiváltott fájdalom gátlásához, ezáltal megakadályozva vagy késleltetve a gazdaszervezet tudatosságát, és lehetővé téve, hogy ezek a rovarok vérrel táplálkozhassanak. Ezt a gyulladáscsökkentő hatást egérmodellekben mutatták ki az Ae injekció beadásakor. albopictus D7L1 (mely megköti az LTB4-et, CysLTS-t és biogén aminokat, ráadásul alacsony affinitása az U46619-hez) 10 perccel a Saccharomyces cerevisiae-ból származó -glükánnal való gyulladás előtti fertőzés csökkentette az immunsejtek beáramlását a peritoneális üregbe [38].
A tromboxán A2-t aktivált vérlemezkék termelik és választják ki a kollagénexpozíció hatására. Ezután a vérlemezke felszínén lévő receptoraihoz kötődik, elősegítve a vérlemezke aktivációt és az aggregációt [75,76]. Nagyon fontos, hogy a TXA2 mellett a vérlemezkék más pro-hemosztatikus és gyulladást elősegítő molekulákat is kiválasztanak, mint például ADP, szerotonin, polifoszfát és noradrenalin [6]. A TXA2 az érszűkületet is elősegíti [77,78], és nemrégiben kimutatták, hogy viszketést és karcolást vált ki egerekben [79,80].
Számos D7L kötődik az U46619-hez, egy stabilabb TXA2-analóghoz ITC-kísérletek szerint, és kimutatták, hogy gátolja az U46619 által indukált vérlemezke-aggregációt in vitro. Fontos, hogy ezek a fehérjék gátolták az arachidonsav (tromboxán A2 prekurzor) és az alacsonyabb kollagénkoncentráció által indukált vérlemezke-aggregációt is (amelyben a thrombocyta-aggregáció a TXA2-re és az ADP-re támaszkodik a jel erősítésére), bizonyítva, hogy valóban képesek megkötni a vérlemezkék által szintetizált TXA2-t, és nem csak a stabil analógja, amelyet ITC és krisztallográfiai kísérletekhez használnak [29,30,37,38,40].
A CysLT-kről és a TXA2-ről is ismert, hogy elősegítik a simaizom-összehúzódást. A vizsgálatok kimutatták, hogy An. stephensi D7L1 (jelenleg D7L2-ként van besorolva) például képes volt gátolni az LTC4- által előidézett tengerimalac csípőbél-összehúzódást és az U46619- által előidézett patkány aorta összehúzódást in vivo [30].
A rovarok OBP-it eredetileg a szagló- és ízlelési függelékekben írták le, ahol megkötik, szolubilizálják és szállítják a szemiokémiai anyagokat, valamint szabályozzák a szaghatás időtartamát. Később kimutatták, hogy nem érzékszervi szervekben is jelen vannak, például a középbélben, a járulékos mirigyekben, a herében, az ondótartályban, a Malpighian tubulusokban és még a darázsméregmirigyben is, ami azt jelzi, hogy ligandumuk széles skálája lehet, és funkcióik: nem korlátozódik a kemorecepcióra (lásd [20,21]). Ezért a legtöbb kötési vizsgálatot és szerkezeti adatot olyan ligandumokkal végeztük, mint a feromonok, szagmolekulák, alkoholok és más szintetikus szerves vegyületek [20,26,81–84]. Eddig egyetlen rovar OBP sem kötötte meg a biogén aminokat. Mindazonáltal egyes OBP-kről kimutatták, hogy megkötik a hosszú láncú zsíralkoholokat, mint például a bombikol, a Bombyx mori által termelt feromon [82], vagy a hosszú szénláncú zsírsavak és az arachidonsav, az eikozanoidok prekurzora, amint azt az Aedes aegypti OBP22 esetében közölték [85, 86] például. Ae. Az aegypti OBP22 jelen van az antennában, a női orrban és a hím reproduktív szervekben, és a párzás során átkerül a nőstényekre [86], ami arra utal, hogy funkciója nem korlátozódik a kemorecepcióra. A szerkezeti vizsgálatok azt mutatják, hogy ligandummentes állapotban ez a fehérje 6 -hélixekből áll, mint a rovarok klasszikus OBP-i. Egy ligandum jelenlétében azonban az OBP22 konformációs változáson megy keresztül a C-terminálisában, és egy hetedik hélixet képez [85], amely megnöveli a kötőzsebet. Figyelemre méltó, hogy a szerzők megfigyelték, hogy ez az OBP a legnagyobb hasonlóságot mutat a D7L fehérjék N-terminális doménjével, és a zsírsavakhoz kötődve kialakuló hetedik hélix nagyon hasonló pozíciót foglal el, mint az ezekben a D7L lipidkötő doménekben megfigyelt hetedik hélix [85] ].
3.4. ADP Binding D7s
A Culex quinquefasciatus D7L1 (CxD7L1), az eddig jellemzett D7L-től eltérően, nem képes megkötni az eikozanoidokat vagy a biogén aminokat, valószínűleg néhány, de fontos módosítás miatt néhány kritikus pozícióban az N- és C-terminális zsebeikben, mint például a glicin jelenléte. a 155. pozícióban lévő glutaminsav helyett nagyon fontos, hogy a biogén aminkötő D7-ek többségében a szerotonin indolgyűrű 5-hidroxilcsoportjával hidrogénkötés, valamint a 172. pozícióban egy hisztidin jöjjön létre. tirozin, amint azt a biogén aminkötő D7 fehérjék többségénél megfigyelték (4. ábra). Ehelyett kimutatták, hogy nagy affinitással köti az adenozin foszforilált ATP-, ADP- és AMP-származékokat (50-adenozin-tri-, di- és mono-difoszfát), az adenozint és az adenint pedig szignifikánsan kisebb affinitással [39]. Egy másik sajátosság az a tény, hogy a ligandumokkal való kölcsönhatás az N- és C-terminális OBP-szerű domének között történik, nem pedig ezeken belüli üregek között [39].
Az ATP és ADP intracelluláris koncentrációja szorosan fenntartott, és sérülés esetén az ADP és ATP felszabadul az extracelluláris közegben a sejtlízist követően, és gyulladás- és vérzéscsillapító molekulákként működhet [76,87]. Az ADP aktiválja a thrombocyta aggregációt, és az aktivált vérlemezkék választják ki az agonisták hatására, például az érsérülést követően kitett kollagénre, hogy tovább terjesszék az aggregációt [76,88]. Az ADP-t kötő képessége miatt a CxD7L1 [39] gátolja az alacsonyabb kollagénkoncentrációk által kiváltott vérlemezke alakváltozást, valamint a nagyobb dózisú (1 µM) ADP és az alacsonyabb dózisú kollagén által kiváltott aggregációt, amelyben az aggregáció a második mediátorok, például az ADP és a TXA2 szekréciója.
4. Mosquito Juvenile Hormon-Binding Protein (mJHBP): Mit csinál a D{2}}szerű fehérje a szúnyog hemolimfában?
2017-ben Kim és munkatársai [89] a nyálmirigyeken kívül expresszálódó D7--rokon fehérjék megtalálása érdekében egy új fehérjét találtak és írtak le, amely elsősorban a bábok és a felnőtt (hím és nőstény) Aedes aegypti szúnyogok hemolimfájában van jelen. Ennek a fehérjének az ortológjait különböző Anopheles és Culex fajokban is megtalálták, amelyek több hasonlóságot mutatnak, mint a nyál D7 fehérjéi. A nyálból származó D7 hosszú formákhoz hasonlóan ez a fehérje is két OBP-szerű domént tartalmaz. Az N-terminálisan konzervált, sok olyan maradék, amelyről kimutatták, hogy részt vesznek a nyál D7-es eikozanoid-kötődésében, ami arra utal, hogy lipidkötő zseb lehet jelen, míg a C-terminális összetétele nagyon különbözött bármely más D7/D{10}}hoz hasonlótól. eddig leírt. Az ITC-kísérletek kimutatták, hogy ez a fehérje, a szúnyog juvenilis hormonkötő fehérje (mJHBP), nem képes megkötni az eikozanoidokat, de nagy affinitása és specifitása a juvenilis hormon (JH) iránt. A szerkezeti adatok azt mutatják, hogy az N-terminális domén felépítése valóban hasonló a D7L fehérjék megfelelőihez, két diszulfidkötést tartalmaz, és 7 -hélixekből áll, és tartalmazza a legtöbb maradékot, amely részt vesz a JH III-mal való kölcsönhatásában. Mindazonáltal, az eddig leírt nyál D7L fehérjéknél megfigyeltektől eltérően, a C-terminális aminosavak egy része is részt vesz a kötődésben, különösen a kötőzseb bejáratát lezáró hélix -13 kiterjesztése [89]. Nagyon fontos, ahogyan a szerzők is kifejtették, hogy ez a fehérje szerkezetileg teljesen különbözik a hemolimfa juvenilis hormonkötő fehérjétől, amelyet eddig leírtak a Bombyx mori-ban [90].
A juvenilis hormon szabályozza a rovarok legkülönfélébb folyamatait, beleértve a fejlődést [91], a vedlést és a metamorfózist [92], a szaporodást és az oogenezist [93–95], valamint az immunitást [96,97]. Amikor az Aedes aegypti mJHBP fiziológiai szerepét a gén CRISPR-cas9 általi kiütésével tanulmányozták, nem figyeltek meg a fejlődésre, növekedésre vagy szaporodásra gyakorolt hatást [98]. Mindazonáltal a kiütött (KO) szúnyogok károsodott veleszületett immunválaszuk, hajlamosabbak voltak a bakteriális fertőzésekre, amikor szubletális dózisú E. coli-val fertőzték őket, és szignifikánsan kisebb mennyiségű antimikrobiális peptidet termeltek fertőzést követően, mint a vad típusú (WT) szúnyogok. . Ezek a hatások összhangban voltak a szerzők által megfigyelt KO-szúnyogokban található hemociták alacsonyabb számával és eltérő összetételével [98].
5. Következtetések
A nyálból származó OBP-szerű fehérjék, mint például a D7 és a PdSP15 családtagok, döntő szerepet játszanak a vértáplálás elősegítésében, megcélozva a gazdaszervezet hemosztázisában és gyulladásos válaszában szerepet játszó különböző molekulákat. A nyálgének génduplikációja, beleértve a D7-eket, és a gyors mutáció a különböző családtagokon belüli funkciók növekedéséhez és elvesztéséhez vezet. Ez a sokféleség nem kizárólagos a D7 fehérjékre, és más családokban is leírták, mint például a rovarok lipokalinjai [6,7].
A gazdaszervezet védekező képessége a harapás ellen nem kizárólagos a hematofág kétszárnyúakra, és nem a célpont vagy a fehérjék jelenléte sem az, hogy megbirkózzanak velük. Mindazonáltal a kihívások leküzdésének módja változatos az ízeltlábúak csoportjai között, a hematofágia független evolúciója miatt, amely fehérjék széles repertoárját eredményezi a gazda hemosztatikus, gyulladásos és immunválaszának ellensúlyozására [2,4,5,7,15,16] . Például a D7 fehérjék képesek megkötni a biogén aminokat és eikozanoidokat. A kullancsokban és a triatomin poloskákban a lipocalinok (független evolúció), egy teljesen más fehérjecsalád, amely egy kötőzsebet körülvevő 8 antiparallel lapból áll, teljesen más fehérjecsalád veszi át ezeket a funkciókat [7,99–105]. A homoki legyekben hiányoznak a rövid formájú D7-ek, és a biogén aminkötő funkciót a „sárga” fehérjecsalád veszi át [71], míg bennük az eikozanoidokat megkötő D7L-ek [40].
A Culex quinquefasciatus D7L1, a többi D7-től eltérően, megköti az ADP-t. Apirázokat, enzimeket, amelyek az ATP és ADP hidrolízisét AMP-vé és Pi-vé (szervetlen foszfát) katalizálják, valamint ADP-kötő fehérjéket és 50 nukleotidázt írtak le különböző hematofág ízeltlábúak nyálában, nem is beszélve más fehérjékről, amelyek gátolják a vérlemezke-aggregációt, és más molektákat céloznak meg. mint a kollagén és a trombin (áttekintette [76]).
A nyál összetételének megértése döntő fontosságú a vektorbiológia és a gazdaszervezettel való kölcsönhatás tanulmányozása szempontjából. Ezen túlmenően értékes információkkal szolgál a vektorok által terjesztett betegségek elleni védekezés új megközelítéseinek kidolgozásához. Például a legtöbb vektor által terjesztett betegségben a kórokozót a vektor nyállal együtt injektálják a gazdaszervezetbe a harapás során. Az a tény, hogy egyes nyálfehérjék immunogének, kiváló epidemiológiai eszközzé teszi őket, mint biomarkereket a vektorharapásnak való emberi expozícióhoz, amint azt az Aedes nyálmirigy fehérje kivonatánál [106] és An. gambiae D7s [107]. Immunválaszt kiváltó képességük kiváló vakcinajelöltekké is teszi őket, akárcsak a PdSP15, egy OBP-szerű nyálfehérje, amely ígéretes vakcinajelöltnek bizonyult a bőr leishmaniasis ellen [47].
A szerző hozzájárulásai:
A PHA és a JFA áttekintette a szakirodalmat, megírta a kézirat első vázlatát, lényegesen átdolgozta a későbbi tervezeteket, és jóváhagyta a végleges változatot. Minden szerző elolvasta és elfogadta a kézirat közzétett változatát.
Finanszírozás:
Ezt a munkát a NIAID, National Institutes of Health Intramurális Kutatási Programja finanszírozta.
Az intézményi felülvizsgálati bizottság nyilatkozata:
Nem alkalmazható.
Tájékozott beleegyező nyilatkozat:
Nem alkalmazható.
Adatelérhetőségi nyilatkozat:
Nem alkalmazható.
Köszönetnyilvánítás:
A szerzők köszönetet mondanak José Marcos Chaves Ribeirónak, hogy átnézte ezt a kéziratot, és értékes javaslatokat és megjegyzéseket adott.
Összeférhetetlenség:
A szerzők nem nyilatkoznak összeférhetetlenségről.
Hivatkozások
1. Ribeiro, JM. A nyál szerepe az ízeltlábúak vérellátásában. Annu. Entomol tiszteletes. 1987, 32, 463–478. [CrossRef] [PubMed]
2. Ribeiro, JM; Francischetti, IM Az ízeltlábúak nyálának szerepe a vér táplálásában: Sialome és post-sialome perspektívák. Annu. Entomol tiszteletes. 2003, 48, 73–88. [CrossRef] [PubMed]
3. Graca-Souza, AV; Maya-Monteiro, C.; Paiva-Silva, GO; Braz, GR; Paes, MC; Sorgine, MH; Oliveira, MF; Oliveira, PL Adaptációk a hem toxicitása ellen vért tápláló ízeltlábúakban. Insect Biochem. Mol. Biol. 2006, 36, 322–335. [CrossRef] [PubMed]
4. Ribeiro, JM. Vérrel táplálkozó ízeltlábúak: Élő fecskendők vagy gerinctelen gyógyszerészek? Megfertőzni. ügynökök Dis. 1995, 4, 143–152. [PubMed]
5. Ribeiro, JM; Mans, BJ; Arca, B. Betekintés a vért tápláló fonálféreg szialomébe. Insect Biochem. Mol. Biol. 2010, 40, 767–784. [CrossRef]
6. Ribeiro, JMC; Arcà, B. 2. fejezet Sialomestől a Sialoverse-ig. In Advances in Insect Physiology; Elsevier: Amszterdam, Hollandia, 2009; 59–118.
7. Andersen, JF Vérrel táplálkozó ízeltlábúak nyálfehérjéinek szerkezete és mechanizmusa. Toxicon 2010, 56, 1120–1129. [CrossRef]
8. Arca, B.; Ribeiro, JM. Hematofág rovarok nyál: sokoldalú eszköztár. Curr. Opin. Insect Sci. 2018, 29, 102–109. [CrossRef]
9. Cornwall, J.; Patton, W. Néhány megfigyelés a közönséges vérszívó rovarok és kullancsok nyálváladékáról. Indian J. Med. Res. 1914, 2, 569–593.
10. Lester, H.; Lloyd, L. Jegyzetek az emésztési folyamathoz a Tsetse-legyekben. Bika. Entomol. Res. 1928, 19, 39–60. [CrossRef]
11. Ribeiro, J.; Garcia, E. A nyálmirigyek szerepe a táplálkozásban Rhodnius prolixusban. J. Exp. Biol. 1981, 94, 219–230. [CrossRef]
12. Ribeiro, JM; Rossignol, PA; Spielman, A. A szúnyognyál szerepe a véredények elhelyezkedésében. J. Exp. Biol. 1984, 108, 1–7. [CrossRef]
13. Ribeiro, J.; Rossignol, P.; Spielman, A. A nyálmirigy-apiráz meghatározza a szondázási időt anofelin szúnyogokban. J. Insect Physiol. 1985, 31, 689–692. [CrossRef]
14. Valenzuela, JG Nagy áteresztőképességű megközelítések nyálfehérjék és betegségvektorokból származó gének tanulmányozására. Insect Biochem. Mol. Biol. 2002, 32, 1199–1209. [CrossRef] 15. Mans, B.; Francischetti, I. Sialomikus perspektívák az ízeltlábúak véretetési viselkedésének alakulásáról: Future therapys by natural design. Toxinokban és vérzéscsillapításban; Springer: Dordrecht, Hollandia, 2010; 21–44.
16. Férfiak, BJ Gerinces vérzéscsillapító és gyulladásos szabályozási mechanizmusok evolúciója vért tápláló ízeltlábúakban. J. Inte Immun. 2011, 3, 41–51. [CrossRef] [PubMed] 17. Valenzuela, JG; Charlab, R.; Gonzalez, EK; de Miranda-Santos, IK; Marinotti, O.; Francischetti, IM; Ribeiro, JM. A nyálfehérjék D7 családja vérszívó kétszárnyúban. Rovar Mol. Biol. 2002, 11, 149–155. [CrossRef] [PubMed]
18. Calvo, E.; de Bianchi, AG; James, AA; Marinotti, O. A felnőtt nőstény Anopheles darlingi nyálmirigyek fő savban oldódó fehérjéi közé tartozik a D7- rokon fehérjecsalád tagja. Insect Biochem. Mol. Biol. 2002, 32, 1419–1427. [CrossRef]