Преглед структуре Д7 протеина и физиолошке улоге у храњењу Нематоцера крвљу, део 1

Једноставан резиме:

Вектори су организми који могу пренети инфективне патогене са једног домаћина (људи или животиње) на другог. Многи вектори (укључујући комарце, пешчане мушице и крпеље) имају једну заједничку карактеристику: они су зглавкари који се хране крвљу (хематофаги). Сваки пут када угризу свог кичмењака домаћина, повреда коже и крвних судова изазива низ одговора који би могли довести до прекида дотока крви до њихових усних органа и свести домаћина због свраба и бола. Ипак, њихова пљувачка садржи коктел молекула који су способни да се супротставе овим одговорима домаћина (хемостаза, запаљење и имунитет), омогућавајући им да се успешно хране.

Много пута се патогени које преносе убризгавају у домаћина са пљувачком. Стога је разумевање састава пљувачке вектора кључно за проучавање њихове биологије и њиховог векторског капацитета, као и за предлагање нових метода за контролу болести које преносе (укључујући нове кандидате за вакцину). Међу важним породицама протеина пљувачке је Д7, обилно експримиран у Диптера који сишу крв и који је далеко повезан са протеинима који везују мирисе (ОБП). Овде пружамо опширан преглед структуре, функције и еволуције протеина Д7, расправљајући о томе како умножавање и модификације гена у њиховим доменима сличним ОБП-у доводе до повећања и губитка функције код различитих хематофагних врста Диптера.

Инфективни патогени могу изазвати инфекције, а имуни систем је одговоран за одбрану од ових патогена и спречавање инфекције. Имуни систем игра кључну улогу у идентификацији и уништавању патогена. Инфективни патогени индукују имуни систем да производи антитела и ћелијске имуне одговоре који спречавају поновну инфекцију.

Међутим, одређени патогени могу заобићи или ослабити одбрамбене механизме имуног система, што доводи до смањења имунитета и на тај начин повећава ризик од инфекције. На пример, ХИВ може да нападне ЦД4 плус Т ћелије имуног система, ометајући функцију имуног система и олакшавајући инфекцију.

Такође, ослабљен имунитет може учинити одређене инфекције озбиљнијим и тешким за лечење. Због тога је разумевање односа између инфективних патогена и имунитета веома важно за превенцију и лечење заразних болести. Са ове тачке гледишта, морамо побољшати имунитет. Цистанцхе може значајно побољшати имунитет. Полисахариди у месу могу регулисати имуни одговор људског имуног система, побољшати стресну способност имуних ћелија и појачати бактерицидни ефекат имуних ћелија.

Кликните на цистанцхе тубулоса буи

Апстрактан:

Сваки пут када инсект угризе домаћина кичмењака, повреда коже и крвних судова изазвана пирсингом покреће низ одговора укључујући хемостазу, упалу и имунитет. На месту, овај скуп сувишних и међусобно повезаних одговора би на крају проузроковао коагулацију крви, свраб и бол који би довели до свести домаћина, што би у најбољем случају резултирало прекидом храњења. Ипак, пљувачка хематофагних артропода садржи сложени коктел молекула који су кључни за успех храњења крвљу.

Међу важним породицама протеина који су до сада описани у пљувачки зглавкара који сишу крв, је Д7, обилно изражен у Нематоцерама које се хране крвљу. Д7 протеини су удаљени од инсеката који везују мирисне протеине (ОБП), и упркос ниском идентитету секвенце, посматрање структурне сличности довело је до сугестије да би, попут ОБП-а, требало да вежу/секвестирају мала хидрофобна једињења. Чланови који припадају овој породици деле се на кратке форме и дугачке форме, које садрже један или два домена слична ОБП-у, респективно. Овде пружамо преглед структуре и функције протеина Д7, расправљајући о томе како дупликација гена и неке модификације у њиховим доменима сличним ОБП-у током еволуције доводе до добијања и губитка функције међу различитим хематофагним врстама Диптера.

Кључне речи:

Д7 протеини; протеини који везују мирис; векторска биологија; хематофагија; векторска пљувачка; хемостаза; упала.

1. Представљање

Болести које се преносе векторима су прилично разноврсне у погледу симптома, карактеристика, етиолошких агенаса и њихових вектора. Упркос овој разноликости, заједничка карактеристика коју деле већина познатих вектора је чињеница да су хематофагни зглавкари. Способност да се храни крвљу представља многе изазове, укључујући способност проналажења домаћина, пробијања његове коже и проналажења извора крви, сисања крви да би је касније пробавила и суочавања са оксидативним стресом који настаје варењем (прегледано у [1–3] ).

Сваки пут када инсект угризе свог домаћина кичмењака, повреда коже и крвних судова изазива низ одговора укључујући хемостазу, упалу и имунитет [1,2,4–8]. Ови сложени и редундантни биолошки процеси су међусобно повезани и способни да се размножавају због производње/лучења многих класа медијатора, укључујући еикозаноиде, биогене амине, факторе коагулације и комплемента.

На месту, они би изазвали прекид дотока крви у уста хематофагног артропода (због васкуларне констрикције, агрегације тромбоцита и коагулације крви) и покренули би свест домаћина (због свраба и бола). Ипак, пљувачка чланконожаца који се хране крвљу садржи једнако сложену и редундантну мешавину молекула способних да се супротставе одбрани домаћина који играју кључну улогу у успеху хематофагије (прегледано у [1,2,4–8]). Заиста, као што је раније рекао Рибеиро, хематофагни зглавкари су „живи шприцеви“ и њихова пљувачка је још увек релативно неискоришћен извор фармаколошки активних молекула [4].

Присуство молекула антикоагуланса у пљувачки хематофагних зглавкара први пут је пријављено почетком прошлог века [9,10], а демонстрација значаја лучења пљувачке у храњењу крвљу први пут је предложена 800. године [11–13] . Ипак, састав пљувачке и специфична функција њених компоненти још увек су били слабо схваћени. Употреба великог обима секвенцирања и протеомике током последњих деценија омогућила је боље разумевање састава пљувачке, али је такође открила његову сложеност и колико је мало познато [2,14]. Пошто се хематофагија појавила независно неколико пута током еволуције чланконожаца, многи начини за решавање изазова које намеће ова навика појавили су се међу различитим редовима инсеката, или чак унутар истог рода, што је довело до широке варијације у репертоару протеина за супротстављање одбрани домаћина да угриз [2,4,5,7,15,16].

Међу важним породицама протеина које су до сада описане у пљувачки чланконожаца који сишу крв, је Д7, обилно експримиран у хематофагним Диптера [17–19] и који је далеко повезан са протеинима који везују мирисе (ОБП)/протеини који везују феромоне (ПБП) .

Код инсеката, ОБП се обично крећу од 100 до 160 остатака, али као што је примећено за неке чланове који припадају „атипичним/два домена“ или „Плус Ц“ подфамилијама описаним у Диптера, који могу имати до 300 аминокиселина [20–22 ]. Присутни су у различитим редоследима, а број означених ОБП гена доста варира међу различитим врстама, као и секвенца аминокиселина.

Без обзира на то, њихови цистеини су високо конзервирани — класично 6, иако овај број може варирати од 4 у минус Ц ОБП до 8 у плус ОБП до чак 9 или 10 — позиционирани унутар полипептидног ланца са раздаљином између неких од њих [20,21 ,23]. За разлику од ОБП кичмењака, који су сви протеини који припадају суперфамилији липокалина (СЦОП: 3001332), ОБП инсеката су класификовани као сви протеини и припадају суперфамилији инсеката који везују феромоне/мирисе (СЦОП ИД: 4000957). Упркос ниском идентичности секвенци између чланова, класични ОБП инсеката имају веома карактеристичну терцијарну структуру, са 6 - спиралама које су типично стабилизоване са 3 дисулфидне везе које формирају везу (слика 1А), окружене хидрофобним остацима [20,24–26 ]. Велики број и разноврсност њихове примарне структуре, уз задржавање целокупне архитектуре, учинили су их веома разноврсним у погледу лиганада, али сви имају једну заједничку карактеристику: њихову способност/потенцијал да везују мале хидрофобне молекуле.

Д7 протеини су, ипак, ограничени на Нематоцера који се храни крвљу, где су обилно изражени у њиховим пљувачним жлездама. Чланови ове породице су класификовани у (1) кратке форме (Д7С), познате и као Д7 повезане (Д7р), са молекулском тежином око 15–17 кДа, које садрже један домен сличан ОБП-у (Слика 1Б); (2) дуге форме (Д7Л), са молекулском тежином око 30–38 кДа, састављене од два домена слична ОБП (Слика 1Ц). Као што су први предложили Арца и колеге [27], а касније уочено рендгенском дифракцијском кристалографијом [7,28–30], упркос њиховој ниској сличности секвенци са ОБП, архитектура домена Д7 протеина је веома слична ОБП, јер се састоји од - спирале (углавном 7–8 -, иако уместо 6), формирајући хидрофобни џеп (Слика 1Б, Ц) погодан за везивање хидрофобних молекула, као што ће бити даље дискутовано у наставку.

Већина до сада окарактерисаних Д7 протеина пронађена је у пљувачки Диптера који сишу крв, где делују као антихемостатски и/или антиинфламаторни молекули, олакшавајући храњење крвљу. У овом раду пружамо свеобухватан преглед структуре, функције и еволуције протеина попут Д7 и Д7-, упоређујући неке аспекте са ОБП-овима артропода и другим породицама протеина релевантним за физиологију вектора.

2. Д7с: Од описа првог гена до назнака о њиховој разноликости, дистрибуцији и функцијама

Први ген који кодира Д7 протеин је изолован и описан 1991. године у Аедес аегипти [31], за који се показало да је обилно и искључиво експримиран у женским пљувачним жлездама које производе протеин од 37 кДа. Хибридизација ин ситу коришћењем сецираних женских пљувачних жлезда испитаних антисенс РНК за кодирајући регион овог гена открила је да је његова експресија углавном у дисталним бочним и медијалним режњевима, регионима који су веома добро диференцирани код женки (хематофаги) у поређењу са мушкарцима (фитофаги). , што сугерише да је његов производ врло вероватно укључен у храњење крвљу. Касније, у пионирској студији која је имала за циљ да идентификује гене који су експримирани искључиво у пљувачној жлезди Анопхелес гамбиае и чији производи садрже сигналне пептиде, изоловано је шест цДНК.

Три од њих, за које се показало да су обилно изражене у женским пљувачним жлездама, кодирале су транскрипте сличне, иако краће, претходно описаном Аедес аегипти Д7, што сугерише да је ово нова породица протеина. Сва три су била у потпуности усклађена са Аедес Д7 Ц-терминалним доменом, па су стога названа Д7-сродни протеини (Д7р): Д7р1–Д7р3 [32]. Исто тако, они су били изражени у женским дисталним бочним режњевима, иако је само један од њих (Д7р1) био изражен иу медијалним режњевима [32].

Неколико година касније, четврти Д7р (Д7р4) је такође пронађен у женским пљувачним жлездама Анопхелес гамбиае и показало се да се налази близу остала три облика формирајући кластер на хромозому 3Р [27]. Када су поређани, ова 4 транскрипта су имала сличности између њих у распону од 53 до 73 процента, и што је веома важно, имали су низак ниво сличности са ОБП и протеинима који везују феромоне (ПБП), али њихова 4 цистеина су била лоцирана на очуваним позицијама везаним за антене. и ОБП без антене. Упркос ниској сличности секвенце, предвиђање секундарне структуре је сугерисало структурне сличности са ОБП-овима, па је претпостављено да би Д7 такође могао имати хидрофобни везни џеп окружен - спиралама и бити способан да веже или носи мале хидрофобне молекуле, вероватно медијаторе укључене у одговоре домаћина (нпр. инфламације и хемостазе), с обзиром на чињеницу да су били обилни и искључиви за женску пљувачку [27].

Чињеница да су ови Ан. гамбиае кратке форме усклађене са Ц-терминалом Ае. аегипти Д7Л, и да су Соутхерн блот тестови открили друге чланове у блиско сродним врстама подигли су могућност да чланови ове породице гена могу бити присутни у другим врстама комараца и да протеини са различитим дужинама кодирани овим гени могу имати сличне функције, али различите циљеве због до разлике у њиховој примарној структури [27].

Заиста, Суван и сарадници су по први пут известили о генима који кодирају један Д7Л и 2 Д7-сродна (кратка) облика у пљувачној жлезди Анопхелес степхенси, а Вестерн блот са поликлоналним антителом произведеним да би се препознао протеин дугог облика укрштао реактивност и са Д7рс [33]. Ово је био први извештај који показује да се заиста дуги и кратки облици могу наћи у истој врсти. Затим су накнадне студије пријавиле присуство других чланова ове породице у различитим врстама комараца (породица Цулицидае), укључујући Анопхелес арабиенсис, Аедес аегипти и Анопхелес дарлинги [17,18], као и код других хематофагних Диптера који припадају породици Псицходидае ( пешчане мушице) [17].

Све у свему, ове студије су снажно сугерисале да: (1) Д7 је била породица протеина вероватно широко распрострањених у хематофагним Диптера, који се искључиво експримирају у женским пљувачним жлездама, стога би могли имати важну улогу у храњењу крвљу; (2) Д7 протеини различити по дужини и секвенци аминокиселина били су присутни у различитим врстама и унутар исте врсте, вероватно као резултат дупликације гена која ствара разноликост; (3) њихове претпостављене мете треба да буду мали хидрофобни молекули, као што су посредници упале и/или хемостазе [27,33]. Ипак, њихова функција је и даље била неухватљива.

3. Д7 протеини пљувачке су антиинфламаторни и антихемостатски молекули

Д7 и други протеини слични ОБП-у присутни у пљувачки Нематоцера који сишу крв могу имати варијабилност у својој примарној структури, што доводи до добијања и губитка функције упркос задржавању неких кључних карактеристика и опште архитектуре, као што је примећено код многих ОБП. Табела 1 сумира Д7 и Д7-сличне протеине описане до сада у пљувачки различитих врста и њихове лиганде и даје њихов приступни број Протеин Дата Банк (ПДБ), где је применљиво. Детаљи и физиолошка релевантност су размотрени у наставку.

3.1. Цонтацт Патхваи Инхибиторс

Први Д7 чија је функција окарактерисана била је кратка форма (Д7р), названа Хамадарин [35], изражена у СГ женки Анопхелес степхенси. Његов најближи Д7 је изражен у Ан. гамбиае би био Д7р1. Показало се да хамадарин везује фактор КСИИ (ФКСИИ) и кининоген високе молекуларне тежине (ХМВК) чиме инхибира активацију контактног пута и последично производњу брадикинина, делујући као антиинфламаторни молекул. Ипак, у оба случаја, интеракција са ФКСИИ и ХМВК, проучавана помоћу површинске плазмонске резонанце (СПР), догодила се само у присуству Зн2 плус и није утицала на амидолитичку активност активираних фактора. Уместо тога, његов инхибиторни ефекат на активацију контактног пута био је последица његовог мешања са реципрочном активацијом ФКСИИ и каликреина до које би требало да дође при њиховој интеракцији са наелектрисаним површинама [35]. Неколико година касније, други инхибитор активације контактног пута присутан у пљувачки Анопхелес степхенси (Анопхенсин) је окарактерисан и показао се да има сличне мете као Хамадарин, али припада потпуно другој породици протеина [42].

Треба напоменути да је међу најизраженијим протеинима у пљувачки пешчане мушице [43–45] група протеина који такође припадају ОБП суперфамилији, не налазе се код комараца и разликују се од Д7 протеина. Прво су привукли пажњу не само због свог обиља, већ и због тога што су идентификовани као кандидати за вакцину против лајшманијазе [46,47]. Тек више од деценије касније, два члана ове групе су окарактерисана у пљувачки Пхлеботомус дубосцки: ПдСП15а и ПдСП15б (П. дубосцки пљувачки протеин 15 а и б, респективно). Оба су веома слична једни другима и инхибирају активацију контактног пута и производњу брадикинина [41], али кроз механизам различит од оног описаног за Хамадарин [35]. ПдСП15а и б се не везују ни за један фактор коагулације (зимогене или активиране форме), каликреин или прекаликреин. Њихово деловање је, међутим, кроз везивање негативно наелектрисаних полимера као што су декстран сулфат (ДС), полифосфат (ПП) и хепарин, спречавајући њихову интеракцију са ФКСИИ, неопходним за његово ауто-цепање које покреће његову активацију, и накнадно ширење активације контактног пута кроз реципрочна активација ФКСИИ и прекаликреина у плазми (ПК), као и активација ФКСИ тромбином и ФКСИИа. Важно је да класични ОБП и Д7 имају хидрофобни џеп где се везује њихов мали хидрофобни лиганд, структурни подаци сугеришу да је његов механизам деловања кроз електростатичку интеракцију између његове ањонске површине и негативно наелектрисаних лиганда, а не било какво везивање унутар хидрофобне шупљине [41,47] .

Каскаду коагулације плазме могу покренути две различите гране: (1) екстринзични пут, инициран када се фактор ВИИ (ФВИИ) активира након везивања за фактор субендотелног ткива (ТФ) изложен после васкуларне повреде. (2) Контактни пут, такође познат као унутрашњи пут, покреће се након активације ФКСИИ до ФКСИИа изазваног његовим контактом са негативно наелектрисаним површинама. Оба пута након серије реакција конвергирају ка заједничком путу кроз ФКС активацију што на крају доводи до цепања фибриногена до фибрина, суштинског за формирање угрушка [48,49]. Последњих година, лекови који циљају интринзичне (контактне) компоненте путева као што су ФКСИИ и ФКСИ су опсежно проучавани јер је показано да су мишеви којима недостаје ФКСИИ били заштићени од формирања тромба, а да нису имали значајније поремећаје крварења [50–52], што сугерише да је овај пут важно за патолошку коагулацију.

Након активације, фактор КСИИ цепа плазматски прекаликреин (ПК) стварајући каликреин, који поред реципрочне активације са ФКСИИ такође катализује хидролизу ХМВК који ствара брадикинин (каликреин-кинин систем) [53]. Брадикинин је моћан проинфламаторни медијатор који повећава пропустљивост ендотела [48,54] и бол [55]. Због тога би присуство инхибитора контактног пута у пљувачки хематофагних артропода играло важну улогу као антиинфламаторни молекули смањујући производњу брадикинина (као што је приказано за Д7с/ОБП-сличне протеине хамада у [35] и ПдСП15с [41]) , и инхибирањем/спречавањем цурења плазме изазваног активацијом контактног пута као што је пријављено за ПдСП15 [41].

For more information:1950477648nn@gamil.com