Pregled strukture D7 proteina i fiziološke uloge u hranjenju Nematocera krvlju, 2. dio
Jun 14, 2023
3.2. Biogeno Amine Binding D7s
Postoji više od 460 vrsta Anophelesa, podijeljenih u 7 podrodova [56]. Do sada je sekvencioniran genom 18 vrsta Anophelesa (referentnih sojeva) koji su dostupni u Vector Base, koji predstavljaju tri glavna medicinski važna podroda Anophelesa: Cellia, Anopheles i Nyssorhynchus koji zauzimaju različite regije na svijetu i odstupaju od jedni drugima prije 100 miliona godina (kao što je slučaj između Cellia i Nyssorrhynchus) [57–59]. Komarci Anopheles sp čiji su genomi do sada objavljeni (slika 2) imaju 2-5 D7S (u zavisnosti od podroda i serije), plus najmanje dva duga oblika (D7L2 i D7L3), dok neki imaju i treći dugi oblik (D7L1, prisutan u nekim serijama Cellia i podrodu Anopheles) [29,60].
Genom je usko povezan sa imunitetom. Ljudski genom sadrži sve gene potrebne za imunološki sistem, uključujući gene za imuni sistem sisara, gene za virusne i bakterijske infekcije i još mnogo toga. Ovi geni su usko povezani sa normalnom funkcijom imunog sistema i utiču na otpornost ljudi i nivo imuniteta.
Pored toga, različite varijacije u genomu takođe mogu uticati na performanse i otpornost imunog sistema. Postoji mnogo polimorfizama gena u ljudskom genomu, koji određuju stepen otpornosti na bolesti u različitim populacijama. Na primjer, humani leukocitni antigen (HLA) je važan gen u imunološkom sistemu, a njegov polimorfizam omogućava različitim ljudima da razviju različite imunološke odgovore i otpornost.
Posljednjih godina, s produbljivanjem istraživanja genomike, sve više studija je pokazalo da su genomske varijacije usko povezane s pojavom mnogih bolesti povezanih s imunitetom. Na primjer, autoimune bolesti (kao što su lupus, reumatoidni artritis, multipla skleroza, itd.) i bolesti imunodeficijencije (kao što su AIDS, periodična groznica i sindrom oralnog ulkusa, itd.) su sve povezane s genomskim varijacijama.
Stoga je istraživanje genoma od velikog značaja za razumijevanje funkcije imunološkog sistema, mehanizma bolesti i individualiziranog liječenja za različite populacije. Sa ove tačke gledišta, moramo poboljšati imunitet. Cistanche može značajno poboljšati imunitet. Cistanche je bogat raznim antioksidativnim supstancama, kao što su vitamin C, vitamini, karotenoidi, itd. Ovi sastojci mogu ukloniti slobodne radikale, smanjiti oksidativni stres i poboljšati imunitet. otpornost imunološkog sistema.
Click cistanche tubulosa pogodnosti
Nekoliko godina nakon Hamadarinove karakterizacije, okarakterizirano je 5 D7rs (D7r1-D7r5) čiji su transkripti prethodno uočeni u ženskim pljuvačnim žlijezdama Anopheles gambiae (Cellia) [27,32] [34]. Za sve njih, osim D7r5, prijavljeno je da vezuju serotonin sa vrlo visokim afinitetima (konstante disocijacije, KD, ispod 3 nM), kao i histamin sa KD u rasponu od 41 do 111 nM. Zanimljivo, ali ne i iznenađujuće, njihova sposobnost da vežu druge biogene amine i njihov afinitet prema njima također je bio različit (sažeti u Tabeli 1), što ukazuje na divergenciju funkcija među različitim članovima porodice D7, čak i unutar iste vrste. U svim slučajevima, stehiometrija vezivanja bila je 1:1, a testovi konkurencije sugeriraju da biogeni amini dijele isto mjesto vezivanja [34], što je kasnije potvrđeno kristalnom strukturom Anopheles gambiae D7r4 vezanog za serotonin i druge biogene amine [28] .
Ortolozi An. gambiae D7rs se nalaze u svim analiziranim vrstama Anophelines, čiji su genomi do sada označeni u vektorskoj bazi (slika 2), iako su neke izgubile jednog ili više članova [29,60]. Bez obzira na varijacije u sekvencama kroz različite vrste i grupe, kritični ostaci koji oblažu biogene amine, identificirani zahvaljujući strukturnim podacima Anopheles gambiae D7r4 [28], izuzetno su očuvani u praktično svim oblicima D7r1-D7r4 među vrstama koje pripadaju na podrodove Cellia, Nissorhynchus i Anopheles, što sugerira da su svi zadržali sposobnost vezivanja serotonina [29]. S druge strane, sve vrste D7r5 pokazuju promjene u različitim kritičnim ostacima [29] što sugerira da su, kako je eksperimentalno uočeno za Anopheles gambiae D7r5 [34], izgubile sposobnost da vežu bilo koji biogeni amin.
Zanimljivo, dok se čini da su oblici Anopheline D7S općenito sačuvali svoj kapacitet vezivanja biogenih amina, to nije istina za duge oblike, gdje se uočava mnogo varijacija, neofunkcionalizacije i gubitka funkcije među vrstama koje pripadaju različitim podgenera.
Prvi Anopheles D7L koji je okarakterisan, prvobitno nazvan Anopheles stephensi D7L1 (AnSt-D7L1), sada se smatra D7L2 zbog sličnosti sa An. pokazalo se da oblici gambiae nisu u stanju da vežu serotonin ili bilo koje biogene amine testirane, ali vezuju eikosanoide u svom N-terminalnom domenu [30]. Kao Anopheles gambiae, An. stephensi pripada podrodu Cellia. Ipak, nedavno su članovi D7L koji pripadaju drugim podrodovima Anopheline An. atroparvus D7L1 (Anopheles) i An. pokazalo se da dragi D7L2 (Nyssorhynchus) veže serotonin s vrlo visokim afinitetom (u njihovoj C-terminalnoj domeni) [29], pokazujući KD uporedive s uočenim za kratke forme Anopheles gambiae [34] i duge oblike Aedes [34,37,38 ]. Ipak, općenito, njihov kapacitet da vežu druge biogene amine je izostao ili je bio znatno niži. Gubitak sposobnosti vezivanja serotonina uočen kod An. stephensi se može bolje razumjeti zahvaljujući strukturnim podacima [30].
Kod komaraca Anopheline, D7S (ili D7r) proteini su usklađeni sa C-terminalnim domenom Anophelesa i Aedesa D7L, a studije rendgenske kristalografije su potvrdile da su D7S proteini i C-terminalni domen nalik OBP-u koji se vezuje za biogene amine D7L vrlo slični strukturno. (28,29,36). Kao opšta karakteristika, džep koji vezuje serotonin/biogeni amin je hidrofobna šupljina obložena aromatičnim grupama, okružena sa 8 a-heliksa koji su stabilizovani sa 3 disulfidne veze (Slike 1B i 3). Prisustvo nekih polarnih nabijenih ostataka na ulazu u džep (glutaminska i asparaginska kiselina) omogućava vodonične veze sa alifatskim dijelom serotonina (Slike 3 i 4). Ligand se dalje stabilizuje vodoničnom vezom formiranom između njegove indolne grupe i tirozin (lyr 94 u An. gambiaeD7r4 Slika 3) Ostaci za koje se zna da su važni za vezivanje serotonina/biogenog amina istaknuti su sivim okvirima na slici 4. Poravnanje pokazuje da je većina njih očuvana, uprkos razlici u ostalim ostacima, čak i u proteinima za koje se pokazalo da ne vežu biogene amine, kao što je An. stephensi D7L1, gdje je gubitak vezivanja posljedica nekoliko modifikacija ostataka (Slika 4).
U nekim proteinima, serotonin 5-hidroksilna grupa formira vodoničnu vezu sa histidinom (Slike 3 i 4 označene plavim okvirom) kao što je uočeno u D7r4 i Aedes aegypti D7L1 (His 35 u prvom i His 189 u sekunda). Ovaj His je zamijenjen alaninom (Ala-190) u An-StD7L1, ali to ne bi bilo dovoljno da objasni gubitak uočene funkcije, budući da An. darlingi D7L2 (podrod Nyssorhynchus) i An. iteroparozni D7L1 (podrod Anopheles) vezuje serotonin iako je ovaj His supstituisan metioninom ili alaninom [29]. Stoga je kritična razlika koja razlikuje Anopheles stephensi D7L1 od D7 komaraca koji vezuju serotonin gubitak drugog i posljednjeg cisteina u njihovom C-terminalnom domenu (zeleni i crveni okviri C-terminalni domen, slika 4). Ova dva ostatka bi formirala drugu disulfidnu vezu C-terminala, četvrtu od cijelog proteina, stoga označenu kao DS4. U njihovom nedostatku dolazi do pomaka heliksa H2 i odmotavanja heliksa B2, kao rezultat toga, W173, koji inače nije prisutan u biogenim aminima koji vezuju D7s, a R177 (AnSt-D7L1) zauzima dio džepa za vezivanje, objašnjavajući njegova nesposobnost da veže biogene amine, kao što je prikazano i detaljno razmotreno ranije [30].
Odsustvo ova dva cisteina je također uočeno kod svih D7L1 i D7L2 eksprimiranih u svim vrstama koje pripadaju podrodu Cellia što dovodi do sugestije da su oni također mogli izgubiti funkciju vezivanja biogenih amina [29]. Ova hipoteza je dodatno podržana posmatranjem njihovih modela, konstruisanih pomoću AlphaFold-a [61] (slika 5). Kao što je eksperimentalno uočeno za An. stephensi D7L1 [30], odsustvo DS4 u proteinima Cellia D7L1 i D7L2 praćeno je pomakom u poziciji heliksa H2 i drugim strukturnim preuređenjima koja dovode do većeg C-terminalnog džepa s ostacima koji zauzimaju dio šupljine da ne ostavlja dovoljno prostora. smjestiti serotonin ili druge biogene amine (Slika 5). S druge strane, uočeni stupanj odvijanja spirale B2 ovisi o vrsti ili može biti rezultat nestabilnije spirale koja prelazi iz jednog stanja u drugo.
Druga grupa dugih oblika je D7L3, prisutna u svim vrstama Anopheles sa dostupnim genomima do sada. Anopheles gambiae D7L3 veže serotonin sa visokim afinitetom i specifičnošću [29], a njegov C-terminalni domen ima očuvane sve kritične aminokiseline za koje se pokazalo da su uključene u biogene interakcije amina [28] (slika 4) i sa istom prostornom dispozicijom kao D7r4 [29]. Ova konzervacija je također uočena kod svih D7L3 analiziranih iz vrsta Anopheles, bez obzira na podrodove, što sugerira da je ovaj oblik, koji leži u susjednoj poziciji kratkim oblicima u klasterima D7, sačuvao ovu funkciju kod svih ovih vrsta [29].
Kod komaraca Culicinae se također nalaze D7S ortolozi i 2 D7L (D7L1 i D7L2). Ipak, za razliku od uočenog kod Anophelinae, njihove kratke forme ne vežu biogene amine u skladu s rezultatima prijavljenim za Aedes aegypti (AeD7S1) i Culex quinquefasciatus (D7CQS1) [29], dok su njihovi dugi oblici do sada karakteristični, s izuzetkom Culexa. quinquefasciatus D7L1, imaju vrlo visok afinitet za te ligande (posebno serotonin) kao što je objavljeno za Aedes aegypti D7L1 (ranije nazvan AeD7L) i D7L2 [34,37], Ae. albopictus (D7L1) [38] i Culex quinquefasciatus (CxD7L2) [39]. Strukturni podaci sugeriraju da je gubitak funkcije u njihovim kratkim oblicima, uprkos tome što sadrže svih 6 konzerviranih cisteina i sastavljeni su od -heliksa, posljedica skraćivanja njihovog C-terminala bez -helix H2 regije, i posljedičnih razlika u -helixima aranžmani koji dovode do blokade džepa za vezivanje [29]. Vrlo je važno da culicines nedostaje D7L3, duga forma koja kod Anopheles sp. leži neposredno uz kratke forme u kaseti, i kako većina DS (D7r1–r4) kod Anophelesa, vezuje serotonin [29].
Biogeni amini su posrednici različitih procesa uključenih u odgovore kralježnjaka na ugrize, mnogo puta ih međusobno povezujući [6,62]. Histamin je, na primjer, moćan medijator upalnih i alergijskih odgovora i oslobađa se degranulacijom mastocita. Aktivira endotel, povećava vaskularnu permeabilnost i potiče svrab i bol [63–67]. Takođe je poznato da potiče kontrakciju glatkih mišića. Serotonin i norepinefrin koji se brzo oslobađaju aktiviranim trombocitima i neutrofilima su agonisti agregacije trombocita i vazokonstrikcije. Serotonin je također uključen u upalni odgovor tako što aktivira endotel i potiče svrab i bol [6]. Efikasnost i značaj ovih D7 za vektorsku biologiju prikazani su njihovom sposobnošću da inhibiraju kontrakciju glatkih mišića [34,37] izazvanu različitim biogenim aminima i ometaju aktivaciju trombocita posredovanu serotoninom [38].
3.3. Eikozanoidni vezujući D7s (N-terminalni domen D7L)
Činjenica da D7L oblici imaju dva domena slična OBP-u povećala je mogućnost da ovi proteini mogu sadržavati druge ligande u svom N-terminalnom domenu. Zaista, Ae. aegypti D7L1, za koji se zna da veže biogene amine [34], bio je prvi dugi oblik za koji je pokazano da vezuje cisteinil leukotriene (CysLTs) i leukotrien B4 (LTB4) svojim N-terminalom [36]. Ubrzo nakon toga, An. stephensi D7L1 (AnSt-D7L1), koji ne veže biogene amine ili bilo koji drugi testirani ligand u svom C-terminalnom domenu, pokazalo se da veže ne samo CysLTs s ekstremno visokim afinitetom već i analoge tromboksana A2 (TXA2) (U46619 i karbociklični tromboks). ) [30]. Testovi izotermalne titracione kalorimetrije (ITC) i strukturni podaci pokazali su da oba liganda dijele barem dio mjesta vezivanja smještenog u njegovom N-terminalnom domenu [30].
Pokazalo se da i drugi D7L1 i L2 proteini kod komaraca Culicinae i Anophelinae vežu eikosanoide, ali sa različitim afinitetima i specifičnostima, pored njihovog kapaciteta da vežu serotonin. U Culicinae (Ae. aegypti D7L2 [37], Ae. albopictus D7L1 [38] i Cu. quinquefasciatus D7L2 [39]) pokazano je da vežu CysLTs i LTB4 (potonji samo u Aedes), ali sa afinitetima znatno nižim od prijavljenih za Ae. aegypti D7L1. Zanimljivo je da su stekli sposobnost da vežu U46619. U Anophelinae komarci. An. iteroparozni D7L1 (Anopheles) vezuje CysLTs, ali sa niskim afinitetom, dok An. darling D7L2 (Nyssorhynchus) vezuje CysLTs sa vrlo visokim afinitetom i TXA2 analoge (U46619) [29]. Ovi D7s proteini su bifunkcionalni jer takođe vezuju serotonin.
Poređenje ostataka mjesta vezivanja iz kristala kompleksa liganda iz An. darlingi D7L2, An. stephensi D7L1 i Ae. aegypti D7L1 [29,30,36] omogućio je dodeljivanje kritičnih ostataka za vezivanje eikosanoida na N-terminalnom domenu (naglašeno na slici 4). Od posebne važnosti za stabilizaciju liganada su Trp-37, Trp-40 i Tyr-52 (AnSt-D7L1 kao referenca), a kada je potonji zamijenjen Phe (žuti vrh strelice (slika 4), kao što se vidi u Ae. aegypti D7L1, sposobnost vezivanja TXA2 pored CysLTs je izgubljena. Jednako važno je prisustvo Lys-152 koji formira vodoničnu vezu ili solni most sa karboksilom eikosanoida. Mnogi od ovih ključnih ostataka su konzervirani u D7L1s i D7L2, posebno u potonjem, prisutnim u drugim analiziranim vrstama Anophelinae, što sugerira da su, bez obzira na pod-rod, sačuvali barem jedan dugi oblik (D7L1 i/ili D7L2) sposoban za vezanje cisteinil leukotrieni [29], kao što je nedavno pokazano kao slučaj Anopheles gambiae D7L1 i D7L2 [68]. Ova dva An. gambiae D7Ls nisu bili u stanju da vežu biogene amine, ali su sačuvali sposobnost da vežu eikosanoide [68], što nije iznenađenje s obzirom na njihovu sličnost (posebno D7L2 oblik) s prethodno opisanim Anopheles stephensi D7L1 (sada L2) [30] i da obje vrste pripadaju podrodu Cellia i njihove D7L1 i L2 nemaju DS4 na C-terminalnom domenu.
Važno je napomenuti da su D7L3 prisutni u svim vrstama Anophelesa i da su njihovi ostaci povezani s vezivanjem serotonina na C-terminalu izuzetno očuvani, predviđeno je da N-terminal svih vrsta nije u stanju da veže eikozanoide zbog značajnih supstitucija u ostacima za koje se zna da biti važan za ovaj zadatak. Ova hipoteza je eksperimentalno potvrđena kada je ITC pokazao da An. gambiae D7L3 ne vezuje nijedan testiran eikozanoid [29].
Vrlo je zanimljivo da se oblici D7L nalaze i kod pješčanih mušica (porodica: Psychodidae) [17,69] uprkos evolucijskoj udaljenosti između njih i komaraca (Culicidae). Duge forme karakterizirane u pljuvački dvije različite vrste Phlebotomusa (P. papatasi i P. duboscqi) zadržale su sposobnost da vežu CysLT s ekstremno visokim afinitetima i analoge TXA2 [40]. Strukturni podaci dobijeni od P. papatasi D7L1 su pokazali da se vezivanje eikosanoida dešava i na N-terminalu, na sličan način kao što je opisano za D7L komaraca, dok je njegov C-terminal bio kraći i skraćen, stoga nesposoban da veže biogene amine [ 40].
Zapažanja fosila sugeriraju da su se prvi dvokrilci pojavili u trijasu, prije više od 240 miliona godina (MYA). Krajem trijasa pojavili su se infra redovi Culicomorpha i Psychodomorpha, što znači da su se loze komaraca i pješčanih mušica razlikovale više od 200 MYA, vrlo vjerovatno od pretka fitofaga, što sugerira da su razvili naviku da se hrane krvlju samostalno [5,70 ]. Tome u prilog govori i činjenica da se većina porodica proteina pljuvačnih žlezda koje se nalaze isključivo u Nematocera razlikuju između porodica Psychodidae i Culicidae, što znači da je veoma teško dodeliti ortologe među njima [5]. Stoga, D7L-ovi komarca i pješčanih mušica, vjerojatno potječu neovisno od sličnog ili zajedničkog gena predaka, vjerovatno kodirajućeg za OBP, koji je kasnije regrutovan nezavisno u njihov sialom i dobio tu funkciju konvergentnom evolucijom. Ova hipoteza je dodatno podržana opažanjem da imaju različite strukture introna/egzona [40].
Odsustvo D7S ortologa kod pješčanih mušica i nesposobnost njihovih D7L ortologa da vežu biogene amine ne znači da njihovoj pljuvački nedostaju molekuli da sekvestriraju ove mete. Zaista, u pljuvački pješčane muhe još jedna porodica proteina "žuta" preuzela je funkciju vezivanja biogenih amina [71], dok druga porodica proteina sličnog OBP-u PdSP15 koji se nalazi u njihovoj pljuvački djeluje tako što inhibira aktivaciju kontaktnog puta [41]. Ovo je sjajan primjer kako nezavisna evolucija dovodi do različitih repertoara proteina koji ciljaju iste molekule.
Leukotrieni (CysLTs i LTB4) su moćni medijatori upale i alergije koje luče aktivirane mastocite i druge imune ćelije kao što su eozinofili i makrofagi, kao i epitelne i endotelne ćelije [72]. CysLT se oslobađaju kao odgovor na ubode komaraca zajedno s histaminom [62], uzrokujući povećanu vaskularnu permeabilnost kože [63] i posljedično stvaranje eritema i zrnca [73,74], dok je LTB4 poznat kao kemoatraktant odgovoran za privlačenje imunih stanica. na mjesto odgovora [72]. Sposobnost vezanja ovih moćnih proupalnih medijatora bila bi važna za inhibiciju aktivacije endotela, formiranje edema, infiltraciju imunoloških stanica, svrab i bol izazvan ovim eikozanoidima, čime se sprječava ili odgađa svijest domaćina i dozvoljava ovim insektima da se hrane krvlju. Ovaj protuupalni učinak pokazao se na mišjim modelima prilikom injekcije Ae. albopictus D7L1 (koji vezuje LTB4, CysLTS i biogene amine, pored niskog afiniteta za U46619) 10 minuta prije proinflamatornog izazivanja -glukanom iz Saccharomyces cerevisiae smanjio je priliv imunih ćelija u peritonealnu šupljinu [38].
Tromboksan A2 se proizvodi i luči aktiviranim trombocitima kao odgovor na izlaganje kolagenu. Zatim se vezuje za svoje receptore prisutne na površini trombocita, propagirajući aktivaciju trombocita i potencirajući agregaciju [75,76]. Vrlo je važno da pored TXA2 trombocita luče i druge prohemostatske i proinflamatorne molekule, kao što su ADP, serotonin, polifosfat i norepinefrin [6]. TXA2 takođe podstiče vazokonstrikciju [77,78], a nedavno je pokazano da izaziva svrab i grebanje kod miševa [79,80].
ITC eksperimenti su pokazali da nekoliko D7L veže U46619, stabilniji analog TXA2 i pokazalo se da inhibira agregaciju trombocita in vitro izazvanu U46619. Važno je da su ovi proteini također inhibirali agregaciju trombocita izazvanu arahidonskom kiselinom (prekursor tromboksana A2) i niže koncentracije kolagena (u kojima se agregacija trombocita oslanja na TXA2 i ADP za pojačavanje signala), dokazujući da su zaista sposobni da vežu TXA2 sintetizirani trombocitima. a ne samo njegov stabilan analog koji se koristi za ITC i kristalografske eksperimente [29,30,37,38,40].
Poznato je da CysLTs i TXA2 potiču kontrakciju glatkih mišića. Testovi su pokazali da An. stephensi D7L1 (sada klasifikovan kao D7L2), na primjer, bio je u stanju inhibirati LTC4-promotivnu kontrakciju ileuma zamorca i U46619-podstaknutu kontrakciju aorte štakora in vivo [30].
OBP insekata su prvobitno opisani u olfaktornim i okusnim dodacima, gdje bi se vezali, rastvorili i transportirali semiokemikalije, kao i regulisali trajanje odgovora na mirise. Kasnije se pokazalo da su prisutni i u neosjetnim organima, kao što su srednje crijevo, pomoćne žlijezde, testis, sjemena posuda, Malpigijevi tubuli, pa čak i u otrovnoj žlijezdi osa, što ukazuje da mogu imati širok raspon liganada i njihove funkcije su nije ograničeno na hemorecepciju (pregledano u [20,21]). Stoga je većina dostupnih analiza vezivanja i podataka o strukturi izvedena s ligandima kao što su feromoni, molekuli mirisa, alkoholi i druga sintetička organska jedinjenja [20,26,81–84]. Do sada nije dokazano da OBP insekata veže biogene amine. Ipak, pokazalo se da neki OBP vežu dugolančane masne alkohole, kao što je bombykol, feromon koji proizvodi Bombyx mori [82], ili dugolančane masne kiseline i arahidonsku kiselinu, prekursora eikosanoida kako je objavljeno za Aedes aegypti OBP22 [85, 86], na primjer. Ae. aegypti OBP22 je prisutan u anteni, ženskom proboscisu i muškim reproduktivnim organima i prenosi se na ženke tokom parenja [86], što sugerira da njegova funkcija nije ograničena na hemorecepciju. Strukturne studije pokazuju da je u stanju bez liganda ovaj protein sastavljen od 6 -heliksa poput klasičnih OBP insekata. Međutim, u prisustvu liganda, OBP22 prolazi kroz konformacijsku promjenu na svom C-terminalu formirajući sedmu spiralu [85] koja povećava džep za vezivanje. Važno je napomenuti da ovaj OBP ima najveću sličnost sa N-terminalnim domenom D7L proteina, a njegova sedma spirala formirana nakon vezivanja za masne kiseline zauzima vrlo sličnu poziciju kao i sedma spirala koja je uočena u ovim D7L domenama za vezivanje lipida [85 ].
3.4. ADP Binding D7s
Culex quinquefasciatus D7L1 (CxD7L1), za razliku od bilo kojeg D7L do sada okarakteriziranog, ne može vezati eikozanoide ili biogene amine, vjerovatno zbog nekoliko, ali važnih modifikacija u nekim kritičnim pozicijama na njihovim N- i C- terminalnim džepovima, kao što je prisustvo glicina umjesto glutaminske kiseline na poziciji 155, to je vrlo važno za formiranje vodonične veze sa 5-hidroksilnom grupom serotoninskog indolnog prstena u većini biogenih D7 koji vezuju amin, kao i histidin na poziciji 172 umjesto tirozin, kao što je uočeno u većini biogenih proteina D7 koji vezuju amin (Slika 4). Umjesto toga, pokazalo se da veže fosforilirane derivate adenozina ATP, ADP i AMP (50adenozin tri-, di i mono difosfat, respektivno) sa visokim afinitetom, adenozin i adenin sa značajno nižim afinitetima [39]. Još jedna posebnost je činjenica da se interakcija sa njegovim ligandima odvija između N- i C-terminalnih OBP-ovih domena, a ne šupljina unutar bilo kojeg od njih [39].
Intracelularne koncentracije ATP-a i ADP-a se čvrsto održavaju i kada dođe do bilo kakve povrede, ADP i ATP se oslobađaju u ekstracelularnom miljeu nakon stanične lize i mogu djelovati kao pro-upalni i pro-hemostatski molekuli [76,87]. ADP aktivira agregaciju trombocita i luče ga aktivirani trombociti kao odgovor na agoniste, kao što je kolagen izložen nakon vaskularne ozljede, kako bi dalje propagirao agregaciju [76,88]. Zbog svoje sposobnosti da veže ADP, pokazalo se da CxD7L1 [39] inhibira promjenu oblika trombocita izazvanu nižim koncentracijama kolagena, kao i agregaciju izazvanu višim dozama (1 µM) ADP i nižim dozama kolagena u kojima agregacija ovisi o lučenje drugih medijatora kao što su ADP i TXA2.
4. Juvenilni hormon-vezujući protein komaraca (mJHBP): Šta D7-kao protein radi u hemolimfi komaraca?
Godine 2017. Kim i kolege [89], kako bi pronašli proteine povezane s D7- eksprimiranim izvan pljuvačnih žlijezda, pronašli su i opisali novi protein primarno prisutan u hemolimfi kukuljica i odraslih (mužjaka i ženke) komaraca Aedes aegypti. Ortolozi ovog proteina su također pronađeni u različitim vrstama Anopheles i Culex, koji dijele više sličnosti od njihovih pljuvačkih D7 proteina. Poput dugih oblika pljuvačke D7, ovaj protein ima dva domena slična OBP. Njegov N-terminal je sačuvao mnoge od ostataka za koje je pokazano da su uključeni u vezivanje eikosanoida u D7s pljuvačke, što sugerira da bi mogao biti prisutan džep za vezivanje lipida, dok je njegov sastav C-terminala bio veoma različit od bilo kojeg drugog tipa D7/D7- do sada opisano. ITC eksperimenti su pokazali da ovaj protein, nazvan juvenilni hormon-vezujući protein komaraca (mJHBP), ne može vezati eikosanoide, ali ima visok afinitet i specifičnost za juvenilni hormon (JH). Strukturni podaci pokazuju da je zaista njegova arhitektura N-terminalnog domena slična njihovim kolegama u D7L proteinima, sadrži dvije disulfidne veze i sastoji se od 7 -heliksa i sadrži većinu ostataka uključenih u njegovu interakciju sa JH III. Ipak, za razliku od do sada opisanih D7L proteina pljuvačke, neki od ostataka C-terminala također učestvuju u vezivanju, posebno produžetak heliksa -13 koji zatvara ulaz u džep za vezivanje [89]. Ono što je vrlo važno, kao što su autori dobro obradili, ovaj protein je strukturno potpuno drugačiji od hemolimfnog juvenilnog hormona koji vezuje protein do sada opisan u Bombyx mori [90].
Juvenilni hormon reguliše najrazličitije procese kod insekata uključujući razvoj [91], linjanje i metamorfozu [92], reprodukciju i oogenezu [93–95] i imunitet [96,97]. Kada je proučavana fiziološka uloga Aedes aegypti mJHBP izbacivanjem njegovog gena pomoću CRISPR-cas9, nije uočen nikakav uticaj na razvoj, rast ili reprodukciju [98]. Ipak, nokautirani (KO) komarci su imali oslabljen urođeni imuni odgovor, bili su podložniji bakterijskoj infekciji kada su bili izazvani subletalnim dozama E. coli i proizvodili znatno manje količine antimikrobnih peptida nakon infekcije u usporedbi s komarcima divljeg tipa (WT) . Ovi efekti su bili u skladu sa manjim brojem i različitim sastavom hemocita kod KO komaraca koje su zapazili autori [98].
5. Zaključci
Proteini slični OBP-u pljuvačke, poput članova porodice D7 i PdSP15, igraju ključnu ulogu u olakšavanju hranjenja krvlju, ciljajući različite molekule uključene u hemostazu domaćina i upalni odgovor. Dupliranje gena pljuvačke, uključujući D7, i brze mutacije dovode do dobijanja i gubitka funkcija unutar različitih članova porodice. Ova raznolikost nije isključiva za D7 proteine i opisana je u drugim porodicama kao što su lipokalini insekata [6,7].
Odbrana domaćina od ugriza nije isključiva samo za hematofagne Diptera, niti su meta ili prisustvo proteina koji bi ih riješili. Ipak, način za prevazilaženje ovih izazova je raznolik među grupama člankonožaca zbog nezavisne evolucije hematofagije što rezultira širokim repertoarom proteina za suprotstavljanje hemostatskim, upalnim i imunološkim odgovorima domaćina [2,4,5,7,15,16] . Na primjer, D7 proteini mogu vezati biogene amine i eikosanoide. Kod krpelja i triatominskih buba ove funkcije preuzimaju lipokalini (nezavisna evolucija), potpuno drugačija porodica proteina sa vrlo različitom arhitekturom koja se sastoji od 8 antiparalelnih listova koji okružuju džep za vezivanje [7,99–105]. Kod pješčanih mušica, D7 kratkog oblika nema, a funkciju vezivanja biogenih amina preuzima "žuta" porodica proteina [71], dok one imaju D7L koji vezuju eikosanoide [40].
Culex quinquefasciatus D7L1, za razliku od ostalih D7, vezuje ADP. Apiraze, enzimi koji kataliziraju hidrolizu ATP-a i ADP-a u AMP i Pi (anorganski fosfat), kao i proteini koji vežu ADP i 50 nukleotidaza, opisani su u pljuvački različitih vrsta hematofagnih artropoda, da ne spominjemo druge proteine koji inhibiraju agregaciju drugih trombocita. kao što su kolagen i trombin (pregledao [76]).
Razumijevanje sastava pljuvačke je ključno za proučavanje vektorske biologije i njegove interakcije s domaćinom. Osim toga, pruža vrijedne informacije za razvoj novih pristupa kontroli bolesti koje se prenose vektorima. Na primjer, kod većine bolesti koje se prenose vektorima, patogen se ubrizgava u domaćina zajedno sa pljuvačkom vektora tokom ugriza. Činjenica da su neki proteini pljuvačke imunogeni, čini ih odličnim epidemiološkim alatima kao biomarkerima za izloženost ljudi ugrizu vektora, kao što je objavljeno za ekstrakt proteina žlijezda pljuvačke Aedes [106] i An. gambiae D7s [107]. Njihova sposobnost da izazovu imuni odgovor ih čini odličnim kandidatima za vakcinu, kao što je slučaj sa PdSP15, proteinom pljuvačke nalik OBP-u koji se pokazao obećavajućim kandidatom za vakcinu protiv kožne lišmanijaze [47].
Doprinosi autora:
PHA i JFA su pregledali literaturu, napisali prvi nacrt rukopisa, značajno revidirali naknadne nacrte i odobrili konačnu verziju. Svi autori su pročitali i pristali na objavljenu verziju rukopisa.
finansiranje:
Ovaj rad je finansiran od strane Intramuralnog istraživačkog programa NIAID-a, Nacionalnog instituta za zdravlje.
Izjava institucionalnog odbora za reviziju:
Nije primjenjivo.
Izjava o informiranom pristanku:
Nije primjenjivo.
Izjava o dostupnosti podataka:
Nije primjenjivo.
Priznanja:
Autori zahvaljuju Joséu Marcosu Chavesu Ribeiru na recenziji ovog rukopisa i davanju vrijednih prijedloga i komentara.
Sukobi interesa:
Autori izjavljuju da nema sukoba interesa.
Reference
1. Ribeiro, JM Uloga pljuvačke u hranjenju krvlju artropoda. Annu. Rev. Entomol. 1987, 32, 463–478. [CrossRef] [PubMed]
2. Ribeiro, JM; Francischetti, IM Uloga pljuvačke artropoda u hranjenju krvlju: Sialome i post-sialome perspektive. Annu. Rev. Entomol. 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 Adaptacije protiv toksičnosti hema kod artropoda koji se hrane krvlju. Insect Biochem. Mol. Biol. 2006, 36, 322–335. [CrossRef] [PubMed]
4. Ribeiro, JM Artropodi koji se hrane krvlju: živi špricevi ili farmakolozi beskičmenjaka? Zaraziti. Agents Dis. 1995, 4, 143–152. [PubMed]
5. Ribeiro, JM; Mans, BJ; Arca, B. Uvid u sialom nematocera koje se hrane krvlju. Insect Biochem. Mol. Biol. 2010, 40, 767–784. [CrossRef]
6. Ribeiro, JMC; Arcà, B. Poglavlje 2 od Sialomesa do Sialoverse. In Advances in Insect Physiology; Elsevier: Amsterdam, Holandija, 2009; str. 59–118.
7. Andersen, JF. Struktura i mehanizam u pljuvačkim proteinima artropoda koji se hrane krvlju. Toxicon 2010, 56, 1120–1129. [CrossRef]
8. Arca, B.; Ribeiro, JM Slina hematofagnih insekata: višestruki alat. Curr. Opin. Insect Sci. 2018, 29, 102–109. [CrossRef]
9. Cornwall, J.; Patton, W. Neka zapažanja o izlučivanju pljuvačke običnih insekata i krpelja koji sišu krv. Indijski J. Med. Res. 1914, 2, 569–593.
10. Lester, H.; Lloyd, L. Bilješke o procesu probave kod Tsetse muva. Bik. Entomol. Res. 1928, 19, 39–60. [CrossRef]
11. Ribeiro, J.; Garcia, E. Uloga pljuvačnih žlijezda u hranjenju kod Rhodnius prolixus. J. Exp. Biol. 1981, 94, 219–230. [CrossRef]
12. Ribeiro, JM; Rossignol, PA; Spielman, A. Uloga pljuvačke komaraca u lokaciji krvnih sudova. J. Exp. Biol. 1984, 108, 1–7. [CrossRef]
13. Ribeiro, J.; Rossignol, P.; Spielman, A. Apiraza pljuvačne žlijezde određuje vrijeme sondiranja kod anofelinskih komaraca. J. Insect Physiol. 1985, 31, 689–692. [CrossRef]
14. Valenzuela, JG Pristupi visoke propusnosti za proučavanje pljuvačnih proteina i gena iz vektora bolesti. Insect Biochem. Mol. Biol. 2002, 32, 1199–1209. [CrossRef] 15. Mans, B.; Francischetti, I. Sialomic perspectives on the evolution of blood feeding behavior in Artropods: Future therapeutics by natural design. Kod toksina i hemostaze; Springer: Dordrecht, Holandija, 2010; str. 21–44.
16. Muškarci, BJ Evolucija hemostatskih i inflamatornih kontrolnih mehanizama kralježnjaka kod artropoda koji se hrane krvlju. J. Inate Immun. 2011, 3, 41–51. [CrossRef] [PubMed] 17. Valenzuela, JG; Charlab, R.; Gonzalez, EC; de Miranda-Santos, IK; Marinotti, O.; Francischetti, IM; Ribeiro, JM Porodica D7 pljuvačnih proteina u Diptera koji sišu krv. Insect Mol. Biol. 2002, 11, 149–155. [CrossRef] [PubMed]
18. Calvo, E.; de Bianchi, AG; James, AA; Marinotti, O. Glavni proteini rastvorljivi u kiselinama pljuvačnih žlezda odrasle ženke Anopheles darlingi uključuju član porodice proteina srodnih D7-. Insect Biochem. Mol. Biol. 2002, 32, 1419–1427. [CrossRef]
