مروری بر ساختار پروتئین D7 و نقش های فیزیولوژیکی در نماتوسراهای تغذیه کننده با خون قسمت 1
Jun 14, 2023
خلاصه ساده:
ناقل ها ارگانیسم هایی هستند که می توانند پاتوژن های عفونی را از یک میزبان (انسان یا حیوان) به میزبان دیگر منتقل کنند. بسیاری از ناقلان (از جمله پشه، پشه خاکی و کنه) یک ویژگی مشترک دارند: آنها بندپایان خونخوار (هماتوفاژ) هستند. هر بار که آنها میزبان مهرهدار خود را گاز میگیرند، آسیب پوستی و عروقی مجموعهای از پاسخها را ایجاد میکند که در جای خود میتواند منجر به قطع جریان خون در قسمتهای دهان آنها و آگاهی میزبان به دلیل خارش و درد شود. با این وجود، بزاق آنها حاوی ترکیبی از مولکولها است که قادر به مقابله با این پاسخهای میزبان (هموستاز، التهاب و ایمنی) است و به آنها اجازه میدهد با موفقیت تغذیه کنند.
در بسیاری از مواقع پاتوژن هایی که منتقل می کنند با بزاق به میزبان تزریق می شود. بنابراین، درک ترکیب بزاق ناقل برای مطالعه زیستشناسی و ظرفیت ناقل آنها و همچنین پیشنهاد روشهای جدید برای کنترل بیماریهایی که منتقل میکنند (از جمله نامزدهای واکسن جدید) ضروری است. در میان خانوادههای مهم پروتئین بزاقی، D7 است که به وفور در دوپانچههای خونمکن بیان میشود و از فاصله دور با پروتئینهای اتصال دهنده بو (OBP) مرتبط است. در اینجا، ما یک بررسی گسترده از ساختار، عملکرد و تکامل پروتئین D7 ارائه میکنیم و در مورد اینکه چگونه تکرار ژن و تغییرات در حوزههای شبه OBP آنها منجر به افزایش و از دست دادن عملکرد در گونههای مختلف هماتوفاژ Diptera میشود، بحث میکنیم.
پاتوژن های عفونی می توانند باعث عفونت شوند و سیستم ایمنی مسئول دفاع در برابر این عوامل بیماری زا و جلوگیری از بروز عفونت است. سیستم ایمنی نقش کلیدی در شناسایی و از بین بردن پاتوژن ها دارد. پاتوژن های عفونی سیستم ایمنی را وادار می کنند تا آنتی بادی ها و پاسخ های ایمنی سلولی تولید کند که از عفونت مجدد جلوگیری می کند.
با این حال، پاتوژن های خاصی می توانند مکانیسم های دفاعی سیستم ایمنی را دور بزنند یا تضعیف کنند، که منجر به کاهش ایمنی و در نتیجه افزایش خطر عفونت می شود. به عنوان مثال، HIV می تواند به سلول های CD4 به علاوه T سیستم ایمنی حمله کند و عملکرد سیستم ایمنی را مختل کند و عفونت را آسان تر کند.
همچنین، ضعف ایمنی می تواند عفونت های خاص را جدی تر و درمان آن را دشوار کند. بنابراین درک رابطه بین پاتوژن های عفونی و ایمنی برای پیشگیری و درمان بیماری های عفونی بسیار مهم است. از این منظر، ما نیاز به بهبود ایمنی داریم. سیستانچ می تواند به طور قابل توجهی ایمنی را بهبود بخشد. پلی ساکاریدهای موجود در گوشت می توانند پاسخ ایمنی سیستم ایمنی انسان را تنظیم کنند، توانایی استرس سلول های ایمنی را بهبود بخشند و اثر باکتری کشی سلول های ایمنی را افزایش دهند.

خرید cistanche tubulosa را کلیک کنید
خلاصه:
هر بار که یک حشره میزبان مهره داران را نیش می زند، آسیب پوست و عروق ناشی از سوراخ کردن باعث ایجاد یک سری واکنش ها از جمله هموستاز، التهاب و ایمنی می شود. در جای خود، این مجموعه از پاسخهای اضافی و به هم پیوسته در نهایت باعث انعقاد خون، خارش و درد میشود که منجر به آگاهی میزبان میشود و در بهترین حالت منجر به قطع تغذیه میشود. با این وجود، بزاق بندپایان هماتوفاژ حاوی کوکتل پیچیده ای از مولکول ها است که برای موفقیت در تغذیه خون بسیار مهم هستند.
در میان خانوادههای پروتئینی مهمی که تاکنون در بزاق بندپایان مکنده خون توصیف شده است، D7 است که به وفور در نماتوسراهای خونخوار بیان میشود. پروتئینهای D7 از فاصله دور با پروتئینهای اتصال دهنده بوی حشرات (OBP) مرتبط هستند، و علیرغم هویت توالی کم، مشاهده شباهت ساختاری منجر به این پیشنهاد شد که مانند OBPs، آنها باید ترکیبات آبگریز کوچک را متصل یا جدا کنند. اعضای متعلق به این خانواده به فرم های کوتاه و فرم های بلند تقسیم می شوند که به ترتیب شامل یک یا دو دامنه OBP مانند هستند. در اینجا، ما مروری بر ساختار و عملکرد پروتئین D7 ارائه میکنیم و در مورد اینکه چگونه تکرار ژن و برخی تغییرات در حوزههای شبه OBP آنها در طول تکامل منجر به افزایش و از دست دادن عملکرد در میان گونههای مختلف هماتوفاژ Diptera میشود، بحث میکنیم.
کلید واژه ها:
پروتئین های D7؛ پروتئین های اتصال دهنده بو؛ زیست شناسی برداری; هماتوفاژی؛ بزاق ناقل؛ هموستاز؛ التهاب
1. معرفی
بیماری های منتقله از طریق ناقل از نظر علائم، ویژگی ها، عوامل اتیولوژیک و ناقلان آنها بسیار متنوع هستند. با وجود این تنوع، ویژگی مشترک اکثر ناقلان شناخته شده این واقعیت است که آنها بندپایان خونخوار هستند. توانایی تغذیه از خون چالشهای زیادی از جمله ظرفیت یافتن میزبان، سوراخ کردن پوست و یافتن منبع خون، مکیدن خون برای هضم آن و مقابله با استرس اکسیداتیو ناشی از هضم آن را به همراه دارد (بازبینی در [1-3]). ).
هر بار که حشره میزبان مهره داران خود را نیش می زند، آسیب پوست و عروق باعث ایجاد یک سری پاسخ ها از جمله هموستاز، التهاب و ایمنی می شود [1،2،4-8]. این فرآیندهای بیولوژیکی پیچیده و زائد به دلیل تولید/ترشح بسیاری از کلاسهای واسطهها، از جمله ایکوزانوئیدها، آمینهای بیوژنیک، انعقاد و عوامل مکمل، به هم پیوسته و قادر به انتشار هستند.
در جای خود، باعث وقفه در جریان خون به قسمتهای دهانی بندپای هماتوفاژ میشوند (به دلیل انقباض عروق، تجمع پلاکتها و انعقاد خون) و باعث آگاهی میزبان (به دلیل خارش و درد) میشوند. با این وجود، بزاق بندپایان تغذیهکننده خون حاوی ترکیبی به همان اندازه پیچیده و اضافی از مولکولهایی است که قادر به مقابله با دفاع میزبان هستند که نقش مهمی در موفقیت هماتوفاژی دارند (مرور در [1،2،4-8]). در واقع، همانطور که قبلا توسط Ribeiro بیان شد، بندپایان خونخوار «سرنگهای زنده» هستند و بزاق آنها هنوز منبع نسبتاً بهرهبرداری نشده مولکولهای فعال دارویی است [4].
حضور مولکول های ضد انعقاد در بزاق بندپایان هماتوفاژ برای اولین بار در آغاز قرن گذشته گزارش شد [9،10]، و نشان دادن اهمیت ترشح بزاق در تغذیه خون برای اولین بار در سال 800 ارائه شد [11-13]. . با این حال، ترکیب بزاق و عملکرد خاص اجزای آن هنوز به خوبی درک نشده بود. استفاده از توالی یابی و پروتئومیکس در مقیاس بزرگ در دهه های گذشته باعث درک بهتر ترکیب بزاق شد، اما پیچیدگی آن و میزان کمی شناخته شده را نیز آشکار کرد [2،14]. از آنجا که هماتوفاژی به طور مستقل چندین بار در طول تکامل بندپایان ایجاد شده است، راههای بسیاری برای مقابله با چالشهای تحمیلشده توسط این عادت در میان ردیفهای مختلف حشرات یا حتی در یک جنس ظاهر شد که منجر به تنوع گستردهای در مجموعه پروتئینها برای مقابله با دفاع میزبان شد. نیش [2،4،5،7،15،16].
در میان خانوادههای پروتئینی مهمی که تاکنون در بزاق بندپایان مکنده خون توضیح داده شده است، D7 است که به وفور در دوپانچههای هماتوفاژ [17-19] بیان میشود و از فاصله دور با پروتئینهای اتصال دهنده بو حشره (OBP)/پروتئینهای اتصال به فرمون (PBP) مرتبط است. .
در حشرات، OBPs معمولاً بین 100 تا 160 باقیمانده است، اما همانطور که برای برخی از اعضای متعلق به "آتیپیک/دو دامنه" یا "Plus C" زیر خانواده شرح داده شده در Diptera مشاهده شد، که می توانند تا 300 اسید آمینه داشته باشند [20-22]. ]. آنها به ترتیب های متنوعی وجود دارند و تعداد ژن های OBP مشروح شده در بین گونه های مختلف و همچنین توالی اسید آمینه بسیار متفاوت است.
با این وجود، سیستئینهای آنها بسیار حفاظتشده هستند - به طور کلاسیک 6، اگرچه این عدد میتواند از 4 در منهای C OBP تا 8 در به علاوه OBPs تا حتی 9 یا 10 متغیر باشد - در داخل زنجیره پلیپپتیدی با فاصله مشخصی بین برخی از آنها قرار دارند [20،21]. ، 23]. بر خلاف OBP های مهره داران، که تمام پروتئین های متعلق به ابرخانواده لیپوکالین ها هستند (SCOP: 3001332)، OBP های حشرات به عنوان پروتئین های تماما طبقه بندی می شوند و به ابرخانواده حشرات فرمون / اتصال دهنده بو تعلق دارند (SCOP ID: 4000957). علیرغم هویت توالی کم بین اعضا، OBPهای کلاسیک حشرات دارای ساختار سوم بسیار مشخصی هستند، با 6 -مارپیچهایی که معمولاً توسط 3 پیوند دی سولفیدی تثبیت میشوند که یک حفره اتصال را تشکیل میدهند (شکل 1A)، که توسط بقایای آبگریز احاطه شده است [20،24-26]. ]. تعداد زیاد و تنوع ساختار اولیه آنها، در عین حفظ معماری کلی، آنها را از نظر لیگاندها بسیار متنوع کرده است، اما همه آنها دارای یک ویژگی مشترک هستند: توانایی / پتانسیل آنها برای اتصال مولکولهای آبگریز کوچک.

با این وجود، پروتئینهای D7 به نماتوسراهای خونخور محدود میشوند، جایی که به وفور در غدد بزاقی آنها بیان میشوند. اعضای این خانواده در (1) اشکال کوتاه (D7S)، همچنین به عنوان D7 مرتبط (D7r) شناخته می شوند، با وزن مولکولی حدود 15-17 کیلو دالتون، حاوی یک دامنه OBP مانند (شکل 1B) طبقه بندی می شوند. (2) اشکال طولانی (D7L)، با وزن مولکولی در حدود 30-38 کیلو دالتون، که توسط دو حوزه مشابه OBP تشکیل شده است (شکل 1C). همانطور که برای اولین بار توسط Arcà و همکاران [27] پیشنهاد شد و بعداً توسط کریستالوگرافی پراش اشعه ایکس [7،28-30] مشاهده شد، علیرغم شباهت های کم دنباله آنها به OBP ها، معماری دامنه های پروتئین D7 بسیار شبیه به OBP ها است، که توسط - مارپیچ ها (معمولاً 7–8 -البته به جای 6 مارپیچ)، تشکیل یک پاکت آبگریز (شکل 1B, C) مناسب برای اتصال مولکول های آبگریز، همانطور که در ادامه بیشتر مورد بحث قرار خواهد گرفت.

بیشتر پروتئینهای D7 که تاکنون مشخص شدهاند در بزاق دوپتراهای مکنده خون یافت شدهاند، جایی که به عنوان مولکولهای ضد هموستاتیک و/یا ضد التهاب عمل میکنند و تغذیه خون را تسهیل میکنند. در مقاله حاضر، مروری جامع از D7 و D7-مانند ساختار، عملکرد و تکامل پروتئین ارائه میکنیم و برخی از جنبهها را با OBPs بندپایان و سایر خانوادههای پروتئین مرتبط با فیزیولوژی ناقل مقایسه میکنیم.
2. D7s: از توصیف اولین ژن تا سرنخهای مربوط به تنوع، توزیع و عملکرد آنها
اولین ژنی که پروتئین D7 را کد می کند در سال 1991 در Aedes aegypti [31] جدا و توصیف شد، که نشان داده شده است که به وفور و منحصراً در غدد بزاقی زنانه که پروتئین 37 کیلو دالتون تولید می کنند بیان می شود. هیبریداسیون درجا با استفاده از غدد بزاقی زنانه تشریح شده با RNA آنتی سنس برای ناحیه کد کننده این ژن نشان داد که بیان آن عمدتاً در لوب های جانبی و داخلی دیستال است، مناطقی که در ماده ها (هماتوفاژ) در مقایسه با نرها (فیتوفاگ) بسیار خوب تمایز دارند. ، نشان می دهد که محصول آن به احتمال زیاد در تغذیه خون نقش دارد. بعداً، در یک مطالعه پیشگام با هدف شناسایی ژنهایی که منحصراً در غده بزاقی آنوفل گامبیا بیان میشدند و محصولات آن حاوی پپتیدهای سیگنال بودند، شش cDNA جدا شد.
سه مورد از آنها، که به وفور در غدد بزاقی زنانه بیان میشوند، رونوشتهایی شبیه به Aedes aegypti D7 که قبلاً توصیف شده بود، هرچند کوتاهتر کدگذاری کردند، که نشان میدهد این یک خانواده پروتئینی جدید است. هر سه به طور کامل با دامنه C ترمینال Aedes D7 تراز شدند، بنابراین پروتئین های مرتبط با D (D7r) نامیده می شوند: D7r1-D7r3 [32]. به همین ترتیب، آنها در لوب های جانبی دیستال ماده بیان شدند، اگرچه تنها یکی از آنها (D7r1) در لوب های داخلی نیز بیان شد [32].
چند سال بعد، چهارمین D7r (D7r4) نیز در غدد بزاقی زنانه Anopheles gambiae یافت شد و نشان داده شد که در نزدیکی سه شکل دیگر قرار دارد و یک خوشه را روی کروموزوم 3R تشکیل می دهد [27]. هنگامی که این 4 رونوشت هم تراز شدند، شباهت هایی بین 53 تا 73 درصد داشتند و از همه مهمتر، شباهت کمی به OBPs و پروتئین های اتصال دهنده به فرومون (PBP) داشتند، اما 4 سیستئین آنها در موقعیت های حفاظت شده مربوط به آنتن قرار داشتند. و OBP های غیر آنتنی. علیرغم تشابه توالی کم، پیشبینی ساختار ثانویه شباهتهای ساختاری با OBPs را پیشنهاد میکند، از این رو فرض میشود که D7s ممکن است دارای یک محفظه اتصال آبگریز احاطهشده توسط مارپیچها باشد و قادر به اتصال یا حمل مولکولهای آبگریز کوچک، احتمالاً واسطههای درگیر در پاسخهای میزبان باشند (مانند التهاب و هموستاز)، با توجه به این واقعیت که آنها فراوان و منحصر به بزاق زنان بودند [27].

این واقعیت که این An. فرم های کوتاه گامبیا با ترمینال C از Ae تراز شده است. aegypti D7L، و اینکه آزمایشهای ساترن بلات سایر اعضای را در گونههای نزدیک یافتند، این احتمال را افزایش داد که اعضای این خانواده ژنی ممکن است در گونههای دیگر پشهها وجود داشته باشند و پروتئینهایی با طولهای مختلف کدگذاری شده توسط این ژنها میتوانند عملکردهای مشابهی داشته باشند، اما اهداف متفاوتی دارند. تفاوت در ساختار اولیه آنها [27].
در واقع، سوان و همکارانش برای اولین بار گزارش کردند که ژنهای کدکننده یک شکل مرتبط با D7L و 2 D7-(کوتاه) در غده بزاقی آنوفل استفنسی، و وسترن بلات با آنتیبادی پلی کلونال تولید شده برای تشخیص پروتئین شکل بلند، متقاطع بود. واکنش پذیری نیز با D7rs [33]. این اولین گزارشی بود که نشان می داد در واقع شکل های بلند و کوتاه را می توان در یک گونه یافت. سپس، مطالعات بعدی وجود سایر اعضای این خانواده را در گونه های مختلف پشه (خانواده Culicidae) از جمله آنوفل عربینسیس، آدس آئگیپتی و آنوفل دارلینگی [17،18] و همچنین سایر دوپه های هماتوفاژ متعلق به خانواده Psychodidae گزارش کردند. پشه خاکی) [17].
در مجموع این مطالعات قویاً نشان داد که: (1) D7 یک خانواده از پروتئینها است که احتمالاً در دوپههای هماتوفاژی گسترده است که منحصراً در غدد بزاقی زنانه بیان میشود، بنابراین ممکن است نقش مهمی در تغذیه خون داشته باشند. (2) پروتئینهای D7 متفاوت از نظر طول و توالی اسید آمینه در گونههای مختلف و در همان گونهها، احتمالاً در نتیجه تکثیر ژنی که تنوع ایجاد میکند، وجود داشت. (3) اهداف احتمالی آنها باید مولکول های آبگریز کوچک، مانند واسطه های التهاب و/یا هموستاز باشد [27،33]. با این وجود، عملکرد آنها هنوز مبهم بود.
3. پروتئین های D7 بزاق مولکول های ضد التهاب و ضد هموستاتیک هستند
D7 و سایر پروتئین های شبه OBP موجود در بزاق نماتوسراهای خونخوار می توانند دارای تنوع در ساختار اولیه خود باشند که با وجود حفظ برخی ویژگی های کلیدی و معماری کلی منجر به افزایش و از دست دادن عملکرد می شود، همانطور که در بسیاری از OBP ها مشاهده شده است. جدول 1 پروتئینهای مشابه D7 و D7-که تاکنون در بزاق گونههای مختلف توصیف شدهاند و لیگاندهای آنها را خلاصه میکند و شماره دسترسی بانک اطلاعات پروتئین (PDB) آنها را در صورت لزوم ارائه میکند. جزئیات و ارتباط فیزیولوژیکی در زیر مورد بحث قرار گرفته است.




3.1. تماس با مهار کننده های مسیر
اولین D7 که عملکرد آن مشخص شد یک فرم کوتاه (D7r) به نام Hamadarin [35] بود که در SG زنان آنوفل استفنسی بیان شد. نزدیکترین D7 آن در An بیان می شود. گامبیا D7r1 خواهد بود. نشان داده شد که هامادارین به فاکتور XII (FXII) و کینینوژن با وزن مولکولی بالا (HMWK) متصل می شود، بنابراین فعال شدن مسیر تماس و در نتیجه تولید برادی کینین را مهار می کند و به عنوان یک مولکول ضد التهابی عمل می کند. با این وجود، در هر دو مورد، تعامل با FXII و HMWK که توسط رزونانس پلاسمون سطحی (SPR) مورد مطالعه قرار گرفت، تنها در حضور Zn2 پلاس رخ داد و بر فعالیت آمیدولیتیک فاکتورهای فعال تأثیری نداشت. در عوض، اثر بازدارنده آن بر فعال شدن مسیر تماس به دلیل تداخل آن با فعال سازی متقابل FXII و کالیکرئین است که باید در تعامل آنها با سطوح باردار رخ دهد [35]. چند سال بعد، یک مهارکننده دیگر فعالسازی مسیر تماس موجود در بزاق آنوفل استفنسی (آنوفنسین) مشخص شد و نشان داده شد که اهداف مشابهی با Hamadarin دارد اما متعلق به یک خانواده پروتئین کاملاً متفاوت است [42].

شایان ذکر است، در میان پروتئین های بیان شده در بزاق پشه خاکی [43-45]، گروهی از پروتئین ها هستند که همچنین متعلق به ابرخانواده OBP هستند، در پشه ها یافت نمی شوند و از پروتئین های D7 متمایز هستند. آنها ابتدا نه تنها به دلیل فراوانی، بلکه به دلیل اینکه به عنوان کاندیدای واکسن علیه لیشمانیوز شناسایی شدند، مورد توجه قرار گرفتند [46،47]. تنها بیش از یک دهه بعد دو عضو از این گروه در بزاق Phlebotomus duboscqi مشخص شدند: PdSP15a و PdSP15b (به ترتیب P. duboscqi Salivary Protein 15 a و b). هر دو بسیار شبیه به یکدیگر هستند و از فعال شدن مسیر تماس و تولید برادی کینین [41] جلوگیری می کنند، اما از طریق مکانیسمی متمایز از آنچه برای Hamadarin [35] توضیح داده شد. PdSP15a و b به هیچ فاکتور انعقادی (زیموژن یا اشکال فعال)، کالیکرئین یا پرکالیکرئین متصل نمی شوند. اگرچه عمل آنها از طریق اتصال پلیمرهایی با بار منفی مانند سولفات دکستران (DS)، پلی فسفات (PP) و هپارین، جلوگیری از برهمکنش آنها با FXII است که برای برش خودکار آن که باعث فعال شدن آن می شود، و متعاقبا انتشار فعال شدن مسیر تماس از طریق آن ضروری است. فعال سازی متقابل FXII و پرکالیکرئین پلاسما (PK)، و همچنین فعال سازی FXI توسط ترومبین و FXIIa. نکته مهم در حالی که OBPها و D7های کلاسیک دارای یک محفظه آبگریز هستند که لیگاند آبگریز کوچک آنها در آنجا متصل می شود، داده های ساختاری نشان می دهد مکانیسم اثر آن از طریق تعامل الکترواستاتیکی بین سطح آنیونی آن و لیگاندهای دارای بار منفی است، به جای هر گونه اتصال در داخل یک حفره آبگریز [41،47] .
آبشار انعقاد پلاسما را می توان با دو شاخه مجزا آغاز کرد: (1) مسیر بیرونی، زمانی که فاکتور VII (FVII) پس از اتصال به فاکتور بافت زیر اندوتلیال (TF) که پس از آسیب عروقی در معرض قرار می گیرد، فعال می شود. (2) مسیر تماس، که به عنوان مسیر ذاتی نیز شناخته می شود، پس از فعال شدن FXII به FXIIa که در اثر تماس آن با سطوح دارای بار منفی ایجاد می شود، آغاز می شود. هر دو مسیر پس از یک سری واکنش از طریق فعال سازی FX به مسیر مشترک همگرا می شوند که در نهایت منجر به جدا شدن فیبرینوژن به فیبرین می شود که برای تشکیل لخته ضروری است [48،49]. در سالهای اخیر، داروهایی که اجزای مسیر ذاتی (تماسی) مانند FXII و FXI را هدف قرار میدهند، به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفتهاند، زیرا نشان داده شده است که موشهای فاقد FXII از تشکیل ترومبوز محافظت میشوند در حالی که اختلالات خونریزی عمدهای ندارند [50-52]، که نشان میدهد این مسیر برای انعقاد پاتولوژیک مهم است.
به محض فعال شدن، فاکتور XII، کالیکرئین تولید کننده پرکالیکرئین (PK) پلاسما را می شکند، که علاوه بر فعال سازی متقابل با FXII، هیدرولیز برادی کینین تولید کننده HMWK (سیستم کالیکرئین- کینین) را نیز کاتالیز می کند [53]. برادی کینین یک واسطه قوی پیش التهابی است که نفوذپذیری اندوتلیال [48،54] و درد [55] را افزایش می دهد. بنابراین، وجود مهارکنندههای مسیر تماس در بزاق بندپایان هماتوفاژ نقش مهمی به عنوان مولکولهای ضد التهابی با کاهش تولید برادی کینین ایفا میکند (همانطور که برای پروتئینهای D7s/OBP مانند hamada در [35] و PdSP15s [41] نشان داده شده است). و با مهار/جلوگیری از نشت پلاسما ناشی از فعال سازی مسیر تماس همانطور که برای PdSP15s گزارش شده است [41].
For more information:1950477648nn@gamil.com
