Дефенсины беспозвоночных животных

Контроль активности иммунных генов насекомых сходен с таковым генов иммуноглобулинов и острофазовых белков позвоночных. Они имеют в промоторной области генов энхансерные последовательности, получившие наименование кВ-мотивов, поскольку впервые были обнаружены в структуре генов, ответственных за синтез к-цепи иммуноглобулинов млекопитающих. кВ-Мотив является элементом гена, с которым избирательн

о связывается регуляторный транскрипционный фактор NFkB, обычно находящийся в цитоплазме в связанном с ингибитором состоянии. Воздействия на организм, запускающие иммунный ответ или воспалительный процесс, приводят к распаду функционально неактивного комплекса NFkbAkB, освобождению NFkB и его транслокации в ядро, где он взаимодействует с соответствующей промоторной областью генов острофазовых белков и иммуноглобулинов, активируя транскрипционный процесс. Для дефенсинов млекопитающих подобный механизм регуляции активности их генов описан пока только для де-фенсина трахеи крупного рогатого скота, в то время как для процессов регуляции биосинтеза миелоидных и энтеральных дефенсинов свойственны другие закономерности.

В настоящее время описана структура нескольких генов, ответственных за кодирование индуцибельных антибактериальных пептидов у Drosophila melanogaster, Hyalophora cecropia и Sarcophaga peregrina. Как правило, это — «молчащие» гены в условиях, когда отсутствуют клетки и вещества, инициирующие иммунный ответ. Активация таких генов при повреждении кутикулы или инфицировании насекомых происходит в течение получаса. Пик транскрипции наблюдается в течение 12—48 ч и зависит от характера и природы факторов, инициирующих иммунную реакцию. Некоторые из этих генов содержат небольшие интроны, хотя большинство генов не включают в свою структуру таковых. Как правило, антибиотические пептиды синтезируются в форме больших молекул, состоящих из 3 частей: сигнальной, прочасти и конечного зрелого пептида.

Проксимальная область данных генов содержит несколько последовательностей, имеющих структурную гомологию с цисрегуляторными элементами промоторов генов, ответственных за синтез острофазовых белков у млекопитающих. Чаще всего в таких структурах идентифицируется кВ-родственный элемент. Его существование у насекомых доказано и генетическими методами. В качестве дополнительных регуляторных элементов проксимальной области промотора выступают последовательности ДНК, гомологичные элементам млекопитающих, ответственных за реагирование к IL-6 и у-интерферону. Из клеток Hyalophora cecropia были выделены белки, относящиеся к Rel/NF-кВ-семейству, которые избирательно связываются с соответствующей областью промотора при инициации иммунного ответа у насекомых. Это, в частности, так называемый фактор, ответственный за иммунную реакцию у цекропии {Cecropia immune-responsiveness factor; Sun, Faye, 1992a, 1992b). У дрозофилы он носит название Dif (dorsal-related immunity factor) и связывается специфически с промоторами генов, ответственных за синтез антибиотических пептидов. В условиях инициации иммунного ответа Dif переносится из цитоплазмы в ядро и запускает процессы активации соответствующих генов. Как правило, эти процессы протекают в клетках жирового тела, эпителия кутикулы и гемоцитах насекомых {Hyalophora cecropia, Drosophila melanogaster, Bombyx tnori).

Выявленное сходство в механизмах регуляции генов насекомых, ответственных за синтез индуцибельных антибиотических пептидов, и генов млекопитающих, определяющих структуру острофазовых белков и Р-дефенсина эпителия трахеи, свидетельствует о существовании ряда единых принципов молекулярной организации и регуляции генов в процессе эволюции животного мира.

2. Дефенсины скорпионов

Скорпионы принадлежат к тому же типу членистоногих, что и класс насекомых. Они по одной из классификаций составляют подкласс Scorpiones в составе класса Arach-nida, входящего в подтип Chelicerata. Поэтому с позиции сравнительной биохимии представляет интерес оценка структурной гомологии антибиотических пептидов из гемолимфы скорпионов и о эволюционно близких им насекомых. В настоящее время выделены и секвенированы дефенсины из гемолимфы 2 видов скорпионов: Leiurus quinquestriatus и Androctonus australis, которые имеют максимальную степень структурной гомологии с дефенсинами из гемолимфы стрекозы Aeschna суапеа, представителя наиболее архаичного, а следовательно, и наиболее близкого скорпионам по эволюционному происхождению отряда насекомых.

3. Дефенсины мечехвостов

Мечехвосты относятся к подклассу Xiphosura класса меростомовых подтипа хелицеровые, входящего в тип членистоногих. Это одна из древнейших, сохранившихся до наших дней группа членистоногих животных, а потому естественным представляется интерес к факту обнаружения в гемоцитах японского подковообразного краба пептидов, подобных дефенсинам:

Сравнение первичной структуры дефенсинов, относящихся к классу насекомых, классу паукообразных и классу пластинчатожаберных, или двустворчатых

Этот пептид получил название «большой дефенсин», так как он состоит из 79 аминокислотных остатков, 37 из которых в С-концевой области имеет сходство по последовательности и наличию 3 дисульфидных мостиков с дефенсином RtNP-2 из нейтрофилов крысы. Молекула пептида состоит из 2 больших функциональных блоков: N-концевого слабоосновного гидрофобного из 42 аминокислот и С-концевого, имеющего черты структурного сходства с миелоидным дефенсином крысы по первичной структуре, а по аранжировке дисульфидных мостиков аналогичного Р-дефенсинам из нейтрофилов коров. Таким образом, рассматриваемый дефенсин по своим структурно-функциональным свойствам выпадает из круга семейства дефенсинов насекомых, характерных для ряда видов насекомых, скорпионов и моллюсков.

4. Дефенсины моллюсков

Моллюски являются вторым крупным типом первичноротых беспозвоночных, отдельные представители которого достигли в процессе эволюции высокого уровня морфофункционального развития. Более 545 млн лет тому назад, в геологический период кембрия, 2 основных, наиболее развитых типа беспозвоночных — членистоногие и моллюски — разошлись в своем магистральном эволюционном развитии. Общие морфогенетические корни рассматриваемых типов предполагают наличие у ряда их представителей сходных молекул, обеспечивающих процессы развития и иммунитета. В совместном российско-французском проекте были выделены и изучены антимикробные пептиды из гемолимфы мидии Mytilus edulis, представителя класса пластинчатожаберных, или двустворчатых моллюсков. Среди нескольких групп пептидов были охарактеризованы и представители дефенсинов. По своей первичной структуре они оказались молекулами, максимально гомологичными дефенсинам стрекозы Aeschna суапеа и 2 видов скорпионов — Leiurus quenquestriatis и Androctonus australis.

По заключению исследователей, структурная гомология дефенсинов, выделенных из гемолим

 Скачать реферат