Дефенсины беспозвоночных животных

Реферат

по биологии

на тему:

"Дефенсины беспозвоночных животных"

2008

1. Дефенсины насекомых

Дефенсины насекомых были открыты независимо друг от друга двумя группами исследователей. Первоначально они были обнаружены в культуральной среде клеток NIHSape-4, которые представляют собой поддерживаемую invitro линию эмбриональных клеток серой мясной мухи Sarcophagaperegrina. Эти пептиды в литературе получили название сапецины. В 1989 г. французские исследователи выделили из гемолимфы личинки падальной мухи Phormiaterranovaeдва антибактериальных пептида, получивших название формицин А и формицин В, которые имели частичное структурное сходство с дефенсином NP-1 из псевдоэозинофилов и альвеолярных макрофагов кролика.

Сравнение первичной структуры формицин а, выделенного из гемолимфы личинки падальной мухи, и дефенсина NP-1 из нейтрофилов кролика

Первичные структуры дефенсинов насекомых

Жирным шрифтам отмечены консервативные аминокислотные остатки. X - С-концевая часть роялизина: TSFK0LWDKYF.

В дальнейшем выяснилось, что эта гомология носит случайный характер и, как правило, не свойственна пептидам, принадлежащим к семейству дефенсинов насекомых, которых сейчас ухе известно более десятка. В частности, из представителей отряда двукрылых кроме формицинов и сапецинов были выделены и секвенированы дефенсины из мухи-пчеловидки Eristalistenax, плодовой мушки Drosophilamelanogaster, комара Aedesaegypti; из отряда жесткокрылых, или жуков, — из Zophobasatrarus, Tenebriomolitor, Allomyrinadichotoma; из отряда полужесткокрылых — из бескрылого красного клопа Pyrrhocorisapterus, зеленого древесного клопа Palomenaprasina; из отряда перепончатокрылых — из медоносной пчелы Apismelliferaи шмеля; из отряда Odonata таким представителем является стрекоза Aeschiacyanea.

Первичная структура большинства представителей дефенсинов насекомых характеризуется заметной гомологией на всех участках молекул. Несколько особняком в сравниваемом ряду гомологичных пептидов стоит структура дефенсина из стрекозы Aeschna суа-пеа — представителя одного из наиболее эволюционно древних отрядов насекомых. Однако среди дефенсинов, выделенных из гемолимфы представителей «молодых» отрядов, также встречаются исключения, как в случае сапецина В из серой мясной мухи Sarcophagaperegrina. Дефенсины насекомых являются катионными молекулами, состоящими из 38—43 аминокислотных остатков. Исключение из этого правила составляют 2 пептида: — сапецин В и роялизин. Последний выделен как из маточного молочка пчел, так и гемолимфы взрослого животного. Для всех дефенсинов насекомых характерно присутствие 6 консервативно расположенных цистеиновых остатков, образующих стереотипно 3 внутримолекулярных дисульфидных мостика. Изучение надпервичной структуры формицина А методом ядерного магнитного резонанса выявило в его молекуле 3 различно организованных участка в пептидной цепи: гибкий и малоупорядоченный N-концевой, включающий аминокислотные остатки от 1-го до 13-го, центральный, представленный амфипатической а-спиралью, и третий — С-концевой, являющийся р-слоем, сформированным 2 антипараллельными Р-тяжами, которые связаны Р-изгибом. Дисульфидные мостики являются фактором, стабилизирующим вторичные структуры пептидов и поддерживающим их третичную структуру, которая необходима для максимальной реализации антимикробных свойств дефенсиновой молекулы. На основании сравнения первичных структур дефенсинов насекомых можно допустить, что для большинства из них характерна подобная надпервичная структура, подтвержденная экспериментально, однако, только в случае сапецинов. Она отлична от вторичной структуры а- и р-дефенсинов, которая представлена 3 антипараллельными р-тяжами. Отличная от а- и Р-дефенсинов аранжировка дисульфидных связей дефенсинов насекомых наряду с особенностями их первичной и вторичной структур определяет различия третичных структур рассматриваемых пептидов. У дефенсинов насекомых она ближе к трехмерной структуре пептидного нейротоксина из яда скорпиона — харибдотоксина, который является ингибитором К⁺ -каналов. В связи с этим, по-видимому, не случайным является факт обнаружения у сапецина В способности ингибировать К⁺ -каналы в клетках Пуркинье из мозжечка крысы.

Различия в структурах дефенсинов насекомых, с одной стороны, и а- и Р-дефенсинов — с другой, ответственны, по всей видимости, за особенности их антимикробной активности. Так, если дефенсины млекопитающих и птиц являются универсальными антибиотическими пептидами, инактивирующими грамположительные и грамотрицательные бактерии, низшие фибы и оболочечные вирусы, то этого нельзя сказать о дефенсинах насекомых, последние действуют преимущественно только на грамположительные бактерии. Необходимы на 1—2 порядка большие концентрации для проявления антимикробной активности дефенсинов насекомых в отношении грамотрицательных бактерий и еще более значительные — в случае воздействия на грибки. Ограниченная функциональная активность дефенсинов насекомых в отношении отдельных групп микробов компенсируется на уровне организма продукцией других антибиотических пептидов, таких как цекропины, апидацины, дрозоцин, метальниковины, которые эффективно инактивируют грамотрицательные бактерии, и дрозомицин, направленно воздействующий на грибки.

Изучение механизмов антимикробного действия дефенсинов насекомых выявило в принципе все те же