Преглед на структурата на D7 протеина и физиологичните роли в хранещи се с кръв Nematocera Част 2
Jun 14, 2023
3.2. Биогенен амин, свързващ D7s
Има повече от 460 вида Anopheles, разделени на 7 подрода [56]. Досега геномът на 18 вида Anopheles (референтни щамове) е секвениран и е наличен във Vector Base, представляващ трите основни медицински важни подрода на Anopheles: Cellia, Anopheles и Nyssorhynchus, които заемат различни региони на земното кълбо и се отклоняват от един от друг преди 100 милиона години (какъвто е случаят между Cellia и Nyssorrhynchus) [57–59]. Комарите Anopheles sp, чиито геноми са публикувани досега (Фигура 2), имат 2–5 D7S (в зависимост от подрода и серията), плюс поне две дълги форми (D7L2 и D7L3), докато някои имат трета дълга форма (D7L1, присъстваща в някои серии Cellia и подрод Anopheles) [29,60].
Геномът е тясно свързан с имунитета. Човешкият геном съдържа всички гени, необходими за имунната система, включително гени за имунната система на бозайниците, гени за вирусни и бактериални инфекции и др. Тези гени са тясно свързани с нормалната функция на имунната система и влияят на устойчивостта и нивото на имунитета на хората.
В допълнение към това, различни вариации в генома също могат да повлияят на ефективността и устойчивостта на имунната система. В човешкия геном има много генни полиморфизми, които определят степента на устойчивост към болести в различните популации. Например човешкият левкоцитен антиген (HLA) е важен ген в имунната система и неговият полиморфизъм позволява на различните хора да развият различни имунни реакции и резистентност.
През последните години, със задълбочаването на изследванията на геномиката, все повече и повече изследвания показват, че геномната вариация е тясно свързана с появата на много заболявания, свързани с имунитета. Например, автоимунни заболявания (като лупус, ревматоиден артрит, множествена склероза и т.н.) и заболявания на имунна недостатъчност (като СПИН, периодична треска и синдром на орална язва и т.н.) са свързани с геномни вариации.
Следователно изследването на генома е от голямо значение за разбирането на функцията на имунната система, механизма на заболяването и индивидуализираното лечение за различни популации. От тази гледна точка трябва да подобрим имунитета. Цистанче може значително да подобри имунитета. Cistanche е богат на различни антиоксидантни вещества, като витамин С, витамини, каротеноиди и др. Тези съставки могат да поглъщат свободните радикали, да намалят оксидативния стрес и да подобрят имунитета. резистентност на имунната система.
Click cistanche tubulosa ползи
Няколко години след характеризирането на Хамадарин бяха характеризирани 5-те D7rs (D7r1-D7r5), чиито транскрипти са били наблюдавани преди това в женските слюнчени жлези на Anopheles gambiae (Cellia) [27,32] [34]. За всички тях, с изключение на D7r5, се съобщава, че свързват серотонин с много висок афинитет (константи на дисоциация, KD, под 3 nM), както и хистамин с KD, вариращ от 41 до 111 nM. Любопитно, но не изненадващо, тяхната способност да свързват други биогенни амини и техните афинитети към тях също са различни (обобщени в таблица 1), което предполага различия във функциите между различните членове на семейството D7, дори в рамките на един и същи вид. Във всички случаи стехиометрията на свързване е 1:1 и конкурентните анализи предполагат, че биогенните амини споделят едно и също място на свързване [34], както по-късно се потвърждава от кристалната структура на Anopheles gambiae D7r4, свързан със серотонин и други биогенни амини [28] .
Ортолози на An. gambiae D7rs се намират във всички анализирани видове Anophelines, чиито геноми досега са анотирани във векторна база (Фигура 2), въпреки че някои са загубили един или повече членове [29,60]. Независимо от вариациите в последователностите в различните видове и групи, критичните остатъци, покриващи биогенните амини, идентифицирани благодарение на структурните данни на Anopheles gambiae D7r4 [28], са изключително запазени в практически всички форми на D7r1-D7r4 във видовете, принадлежащи към подродовете Cellia, Nissorhynchus и Anopheles, което предполага, че всички те са запазили способността да свързват серотонин [29]. От друга страна, всички видове D7r5 показват промени в различни критични остатъци [29], което предполага, че както е наблюдавано експериментално за Anopheles gambiae D7r5 [34], те са загубили способността да свързват всеки биогенен амин.
Любопитно е, че докато формите Anopheline D7S изглежда като цяло са запазили своя капацитет за свързване на биогенен амин, това не е вярно за дългите форми, където се наблюдават много вариации, неофункционализиране и загуба на функция при видовете, принадлежащи към различни подродове.
Първият Anopheles D7L, който трябва да бъде характеризиран, първоначално наречен Anopheles stephensi D7L1 (AnSt-D7L1), сега се счита за D7L2 поради приликите му с An. gambiae е доказано, че не са в състояние да свързват серотонин или други тествани биогенни амини, но свързват ейкозаноиди в своя N-терминален домен [30]. Подобно на Anopheles gambiae, An. stephensi принадлежи към подрод Cellia. Въпреки това, наскоро членове на D7L, принадлежащи към други подродове Anopheline An. atroparvus D7L1 (Anopheles) и An. Доказано е, че darling D7L2 (Nyssorhynchus) свързва серотонина с много висок афинитет (в техния С-терминален домен) [29], показвайки KD, сравними с наблюдаваните за късите форми на Anopheles gambiae [34] и дългите форми на Aedes [34,37,38 ]. Въпреки това, като цяло, тяхната способност да свързват други биогенни амини липсва или е значително по-ниска. Загубата на способност за свързване на серотонин, наблюдавана в An. stephensi може да бъде по-добре разбран благодарение на структурните данни [30].
При анофелинови комари D7S (или D7r) протеините се подравняват към С-терминалния домен на Anopheles и Aedes D7L, а рентгеновите кристалографски изследвания потвърждават, че D7S протеините и OBP-подобният С-терминален домен на свързващия биогенен амин D7L са много сходни структурно (28,29,36]. Като обща характеристика, джобът за свързване на серотонин/биогенен амин е хидрофобна кухина, облицована с ароматни групи, заобиколени от 8 а-спирали, които са стабилизирани от 3 дисулфидни връзки (Фигури 1B и 3). наличието на някои полярно заредени остатъци във входа на джоба (глутаминова и аспарагинова киселина) позволява водородни връзки с алифатната част на серотонина (фигури 3 и 4).Лигандът е допълнително стабилизиран от водородна връзка, образувана между неговата индолова група и тирозин (lyr 94 в An. gambiaeD7r4 Фигура 3). Остатъците, за които е известно, че са важни за свързването на серотонин/биогенен амин, са подчертани в сиви кутии на Фигура 4. Подреждането показва, че повечето от тях са запазени, въпреки разликата в другите остатъци, дори в протеини, за които е показано, че не свързват биогенни амини, като An. stephensi D7L1, където загубата на свързване се дължи на няколко остатъчни модификации (Фигура 4).
В някои протеини 5-хидроксилната група на серотонина образува водородна връзка с хистидин (Фигури 3 и 4, подчертани със синя кутия), както се наблюдава в D7r4 и Aedes aegypti D7L1 (His 35 в първия и His 189 в второ). Този His е заместен с аланин (Ala-190) в An-StD7L1, но това не би било достатъчно, за да обясни наблюдаваната загуба на функция, тъй като An. darlingi D7L2 (подрод Nyssorhynchus) и An. iteroparus D7L1 (подрод Anopheles) свързва серотонин, въпреки че този His е заместен съответно с метионин или аланин [29]. Следователно, критичната разлика, отличаваща Anopheles stephensi D7L1 от D7s на комари, които свързват серотонин, е загубата на втория и последния цистеин в техния С-краен домейн (зелени и червени кутии С-терминален домейн, Фигура 4). Тези два остатъка биха образували втората дисулфидна връзка на С-терминала, четвъртата от целия протеин, следователно означена като DS4. В тяхно отсъствие има изместване на спирала H2 и размотаване на спирала B2, в резултат на това W173, който между другото не присъства в D7s, свързващ биогенен амин, и R177 (AnSt-D7L1) заема част от свързващия джоб, обяснявайки неговата неспособност да свързва биогенни амини, както е показано и обсъдено подробно по-рано [30].
Липсата на тези два цистеина също се наблюдава във всички D7L1s и D7L2s, експресирани във всички видове, принадлежащи към подрод Cellia, което води до предположението, че те също може да са загубили функцията за свързване на биогенен амин [29]. Тази хипотеза е допълнително подкрепена от наблюдението на техните модели, конструирани с помощта на AlphaFold [61] (Фигура 5). Подобно на наблюдаваното експериментално за An. stephensi D7L1 [30], отсъствието на DS4 в протеините Cellia D7L1 и D7L2 е придружено от промяна в позицията на H2 на спиралата и други структурни пренареждания, които водят до по-обемист С-терминален джоб с остатъци, заемащи част от кухината, не оставяйки достатъчно място за побират серотонин или други биогенни амини (Фигура 5). От друга страна, наблюдаваната степен на размотаване в спирала B2 зависи от вида или може да е резултат от по-нестабилна спирала, преминаваща от едно състояние в друго.
Друга група дълги форми е D7L3, присъстваща във всички видове Anopheles с налични геноми досега. Anopheles gambiae D7L3 свързва серотонина с висок афинитет и специфичност [29] и неговият С-терминален домен има всички критични аминокиселини, за които е доказано, че участват във взаимодействието с биогенни амини [28], запазени (Фигура 4) и със същото пространствено разположение като D7r4 [29]. Това запазване се наблюдава и при всички D7L3s, анализирани от видовете Anopheles, независимо от подродовете, което предполага, че тази форма, която се намира в съседна позиция на късите форми в D7 клъстерите, запазва тази функция във всички тези видове [29].
При комарите Culicinae също се откриват ортолози D7S и 2 D7L (D7L1 и D7L2). Въпреки това, за разлика от наблюдаваните при Anophelinae, техните къси форми не свързват биогенни амини в съответствие с резултатите, докладвани за Aedes aegypti (AeD7S1) и Culex quinquefasciatus (D7CQS1) [29], докато техните дълги форми са характеризирани досега, с изключение на Culex quinquefasciatus D7L1, имат много висок афинитет към тези лиганди (особено серотонин), както се съобщава за Aedes aegypti D7L1 (наричан по-рано AeD7L) и D7L2 [34,37], Ae. albopictus (D7L1) [38] и Culex quinquefasciatus (CxD7L2) [39]. Структурните данни предполагат, че загубата на функция в техните къси форми, въпреки че съдържат всичките 6 запазени цистеина и са съставени от -спирали, се дължи на скъсяване в техния С-терминал без -спирала Н2 област и последващи разлики в -спиралите механизми, които водят до блокиране на свързващия джоб [29]. Много важно е, че в кулинарията липсва D7L3, дългата форма, която в Anopheles sp. лежи непосредствено до късите форми в касетата и тъй като по-голямата част от DS (D7r1–r4) в Anopheles, свързва серотонина [29].
Биогенните амини са медиатори на различни процеси, участващи в реакциите на гръбначните животни към ухапвания, като много пъти ги свързват помежду си [6,62]. Хистаминът, например, е мощен медиатор на възпалителни и алергични реакции и се освобождава при дегранулация на мастоцитите. Той активира ендотела, повишава съдовата пропускливост и насърчава сърбежа и болката [63–67]. Известно е също, че насърчава свиването на гладката мускулатура. Серотонинът и норепинефринът, незабавно освободени от активираните тромбоцити и неутрофили, са агонисти на тромбоцитната агрегация и вазоконстрикцията. Серотонинът също участва във възпалителния отговор чрез активиране на ендотела и насърчаване на сърбеж и болка [6]. Ефективността и значението на тези D7s за векторната биология бяха показани от способността им да инхибират контракцията на гладката мускулатура [34,37], предизвикана от различни биогенни амини и да пречат на серотонин-медиираното активиране на тромбоцитите [38].
3.3. Ейкозаноидно свързване D7s (N-терминалният домейн на D7Ls)
Фактът, че D7L формите имат два OBP-подобни домена, повдигна възможността тези протеини да съдържат други лиганди в техния N-терминален домен. Наистина, Ae. aegypti D7L1, за който е известно, че свързва биогенни амини [34], е първата дълга форма, за която е показано, че свързва цистеинил левкотриени (CysLT) и левкотриен В4 (LTB4) чрез своя N-терминал [36]. Скоро след това Ан. stephensi D7L1 (AnSt-D7L1), който не свързва биогенни амини или който и да е друг тестван лиганд в своя С-терминален домен, е показал, че свързва не само CysLTs с изключително висок афинитет, но също така и аналози на тромбоксан А2 (TXA2) (U46619 и карбоцикличен тромбоксан ) [30]. Анализите с изотермична титруваща калориметрия (ITC) и структурните данни показват, че и двата лиганда споделят поне част от мястото на свързване, разположено в неговия N-терминален домен [30].
Други D7L1 и L2 протеини в Culicinae и Anophelinae комари също са показали, че свързват ейкозаноиди, но с различен афинитет и специфичност, в допълнение към способността им да свързват серотонин. В Culicinae (Ae. aegypti D7L2 [37], Ae. albopictus D7L1 [38] и Cu. quinquefasciatus D7L2 [39]) е показано, че свързват CysLTs и LTB4 (последното само в Aedes), но с афинитет значително по-нисък от докладвания за Ae. египет D7L1. Интересното е, че те са придобили способността да свързват U46619. При комарите Anophelinae. Ан. итеропороден D7L1 (Anopheles) свързва CysLTs, но с нисък афинитет, докато An. darling D7L2 (Nyssorhynchus) свързва CysLT с много висок афинитет и TXA2 аналози (U46619) [29]. Тези D7s протеини са бифункционални, тъй като те също свързват серотонина.
Сравнение на остатъци от мястото на свързване от кристали на лиганден комплекс от An. darlingi D7L2, An. stephensi D7L1 и Ae. aegypti D7L1 [29,30,36] даде възможност за присвояване на критични остатъци за свързване на ейкозаноид в N-терминалния домейн (маркиран на Фигура 4). От особено значение за стабилизирането на лигандите са Trp-37, Trp-40 и Tyr-52 (AnSt-D7L1 като еталон), и когато последният е заместен с Phe (жълт връх на стрела Фигура 4), както се наблюдава в Ae. aegypti D7L1, способността да се свързва TXA2 в допълнение към CysLTs се губи. Също толкова важно е присъствието на Lys-152, образуващ водородна връзка или солев мост с карбоксилната група на ейкозаноида. Много от тези ключови остатъци са запазени в D7L1s и D7L2, особено в последния, присъстващи в други анализирани видове Anophelinae, което предполага, че независимо от подрода те са запазили поне една дълга форма (D7L1 и/или D7L2), способна да се свързва цистеинил левкотриени [29], както беше показано наскоро в случая на Anopheles gambiae D7L1 и D7L2 [68]. Тези двама Ан. gambiae D7Ls не бяха в състояние да свързват биогенни амини, но запазиха способността да свързват ейкозаноиди [68], което не е изненада, като се има предвид тяхната прилика (особено форма D7L2) с описаните по-рано Anopheles stephensi D7L1 (сега L2) [30] и че и двата вида принадлежат към подрод Cellia и техните D7L1 и L2 нямат DS4 в С-терминалния домейн.
Трябва да се отбележи, че докато D7L3 присъстват във всички видове Anopheles и техните остатъци, свързани със свързването на серотонина в С-края, са изключително запазени, N-терминалът на всички видове се предвижда да не може да свързва ейкозаноиди поради значителни замествания в остатъци, за които е известно, че са важни за тази задача. Тази хипотеза беше потвърдена експериментално, когато ITC показа, че An. gambiae D7L3 не се свързва с нито един тестван ейкозаноид [29].
Много интересно, D7L форми се срещат и при пясъчните мухи (семейство: Psychodidae) [17,69] въпреки еволюционното разстояние между тях и комарите (Culicidae). Дългите форми, характеризиращи се в слюнката на два различни вида Phlebotomus (P. papatasi и P. duboscqi), запазват способността да свързват CysLT с изключително висок афинитет и TXA2 аналози [40]. Структурните данни, получени от P. papatasi D7L1, показват, че свързването на ейкозаноидите е настъпило също и в N-терминала, по подобен начин, както е описано за D7L на комарите, докато неговият С-терминал е по-къс и пресечен, поради което не може да свързва биогенни амини [ 40].
Наблюденията на вкаменелости предполагат, че първите двукрили се появяват през триаса, преди повече от 240 милиона години (MYA). В края на триаса се появяват разредите Culicomorpha и Psychodomorpha infra, което означава, че линиите на комарите и пясъчните мухи са се отделили преди повече от 200 MYA, много вероятно от предшественик фитофаг, което предполага, че са развили навика да се хранят с кръв независимо [5,70 ]. Това се подкрепя от факта, че повечето семейства протеини на слюнчените жлези, които се срещат изключително в Nematocera, са различни между семействата Psychodidae и Culicidae, което означава, че е много трудно да се определят ортолози между тях [5]. Следователно D7Ls на комари и пясъчни мухи вероятно произхождат независимо от подобен или общ ген на предците, вероятно кодиращ OBP, който по-късно е бил набран независимо към техния сиалом и е придобил тази функция чрез конвергентна еволюция. Тази хипотеза е допълнително подкрепена от наблюдението, че те имат различни структури интрон/екзон [40].
Отсъствието на D7S ортолози в пясъчните мухи и неспособността на техните D7L ортолози да свързват биогенни амини не означава, че в тяхната слюнка липсват молекули, които да изолират тези цели. Наистина, в слюнката на пясъчна муха друго семейство протеини "Жълт" е поело функцията да свързва биогенни амини [71], докато другото семейство OBP-подобен протеин PdSP15, открит в тяхната слюнка, действа чрез инхибиране на активирането на контактния път [41]. Това е чудесен пример за това как независимата еволюция води до различни репертоари от протеини, насочени към едни и същи молекули.
Левкотриените (CysLT и LTB4) са мощни медиатори на възпаление и алергия, секретирани от активирани мастоцити и други имунни клетки като еозинофили и макрофаги, както и епителни и ендотелни клетки [72]. CysLTs се освобождават като отговор на ухапвания от комари заедно с хистамин [62], причинявайки повишена съдова пропускливост в кожата [63] и последващо образуване на еритема и мехур [73,74], докато LTB4 е известен като хемоатрактант, отговорен за привличането на имунни клетки до мястото на отговор [72]. Способността да се свързват тези мощни провъзпалителни медиатори би била важна за инхибиране на активирането на ендотелиума, образуването на оток, инфилтрацията на имунните клетки, сърбежа и болката, предизвикани от тези ейкозаноиди, следователно предотвратявайки или забавяйки осъзнаването на гостоприемника и позволявайки на тези насекоми да се хранят с кръв. Този противовъзпалителен ефект е показан при миши модели при инжектиране на Ae. albopictus D7L1 (който свързва LTB4, CysLTS и биогенни амини, в допълнение към ниския афинитет към U46619) 10 минути преди провъзпалително предизвикателство с -глюкан от Saccharomyces cerevisiae намалява притока на имунни клетки в перитонеалната кухина [38].
Тромбоксан А2 се произвежда и секретира от активирани тромбоцити в отговор на излагане на колаген. След това се свързва със своите рецептори, присъстващи на повърхността на тромбоцитите, разпространявайки активирането на тромбоцитите и усилвайки агрегацията [75,76]. Много важно е, че в допълнение към TXA2 тромбоцитите отделят и други прохемостатични и провъзпалителни молекули, като ADP, серотонин, полифосфат и норепинефрин [6]. TXA2 също насърчава вазоконстрикцията [77,78] и напоследък беше показано, че предизвиква реакции на сърбеж и чесане при мишки [79,80].
Доказано е, че няколко D7L свързват U46619, по-стабилен аналог на TXA2 от ITC експерименти и е показано, че инхибират агрегацията на тромбоцитите in vitro, индуцирана от U46619. Важно е, че тези протеини също инхибират тромбоцитната агрегация, индуцирана от арахидонова киселина (прекурсор на тромбоксан А2) и по-ниски концентрации на колаген (при които тромбоцитната агрегация разчита на TXA2 и ADP за потенциране на сигнала), доказвайки, че те наистина са способни да свързват тромбоцитно синтезирания TXA2, и не само негов стабилен аналог, използван за ITC и кристалографски експерименти [29,30,37,38,40].
Известно е също, че CysLT и TXA2 насърчават свиването на гладката мускулатура. Анализите показват, че An. stephensi D7L1 (сега класифициран като D7L2), например, успя да инхибира LTC4-насърчаваната контракция на илеума на морско свинче и U46619-насърчаваната контракция на аортата на плъх in vivo [30].
OBP на насекомите първоначално са описани в обонятелни и вкусови придатъци, където те ще свързват, разтварят и транспортират семиохимикали, както и ще регулират продължителността на одорантния отговор. По-късно беше доказано, че те присъстват и в не-сетивни органи, като средното черво, допълнителните жлези, тестисите, семенния съд, малпигиевите тубули и дори в отровната жлеза на оса, което показва, че те може да имат широк спектър от лиганди и техните функции са не се ограничава до хеморецепция (прегледано в [20,21]). Следователно повечето от анализите на свързване и наличните данни за структурата са извършени с лиганди като феромони, молекули на миризми, алкохоли и други синтетични органични съединения [20,26,81–84]. Досега не е доказано, че OBP за насекоми свързва биогенни амини. Въпреки това е доказано, че някои OBP свързват дълговерижни мастни алкохоли, като bombykol, феромон, произведен от Bombyx mori [82], или дълговерижни мастни киселини и арахидонова киселина, прекурсорът на ейкозаноидите, както се съобщава за Aedes aegypti OBP22 [85, 86], например. Ae. aegypti OBP22 присъства в антената, женския хобот и мъжките репродуктивни органи и се прехвърля на женските по време на чифтосване [86], което предполага, че неговата функция не е ограничена до хеморецепция. Структурните изследвания показват, че в състояние без лиганд този протеин е съставен от 6 -спирали като класически OBP на насекоми. Въпреки това, в присъствието на лиганд, OBP22 претърпява конформационна промяна в своя С-терминал, образувайки седма спирала [85], разширяваща свързващия джоб. Трябва да се отбележи, че авторите отбелязват, че този OBP има най-голямо сходство с N-терминалния домен на D7L протеини и неговата седма спирала, образувана при свързване с мастни киселини, заема много подобна позиция на седмата спирала, наблюдавана в тези D7L липидно-свързващи домени [85 ].
3.4. ADP обвързване D7s
Culex quinquefasciatus D7L1 (CxD7L1), различно от всеки D7L, характеризиран досега, не може да свързва ейкозаноиди или биогенни амини, вероятно поради няколко, но важни модификации в някои критични позиции в техните N- и C- крайни джобове, като например наличието на глицин вместо глутаминова киселина в позиция 155, което е много важно за образуване на водородна връзка с 5-хидроксилната група на серотониновия индолов пръстен в по-голямата част от свързващите биогенен амин D7s, както и хистидин в позиция 172 вместо тирозин, както се наблюдава в повечето биогенни амин-свързващи D7 протеини (Фигура 4). Вместо това е показано, че свързва аденозин фосфорилирани производни ATP, ADP и AMP (50-аденозин три-, ди и моно дифосфат, съответно) с висок афинитет, аденозин и аденин със значително по-нисък афинитет [39]. Друга особеност е фактът, че взаимодействието с неговите лиганди се случва между N- и C-терминалните OBP-подобни домени, а не кухини вътре в който и да е от тях [39].
Вътреклетъчните концентрации на ATP и ADP се поддържат плътно и когато има някакво увреждане, ADP и ATP се освобождават в извънклетъчната среда след клетъчен лизис и могат да действат като провъзпалителни и прохемостатични молекули [76,87]. ADP активира агрегацията на тромбоцитите и се секретира от активираните тромбоцити в отговор на агонисти, като колаген, изложен след съдово увреждане, за по-нататъшно разпространение на агрегацията [76,88]. Поради способността си да свързва ADP, CxD7L1 [39] показа, че инхибира промяната във формата на тромбоцитите, предизвикана от по-ниски концентрации на колаген, както и агрегация, предизвикана от по-високи дози (1 µM) ADP и по-ниски дози колаген, при които агрегацията зависи от секрецията на втори медиатори като ADP и TXA2.
4. Ювенилен хормон-свързващ протеин на комари (mJHBP): Какво прави D7-подобният протеин в хемолимфата на комарите?
През 2017 г. Ким и колеги [89], за да намерят протеини, свързани с D7-, експресирани извън слюнчените жлези, откриха и описаха нов протеин, присъстващ основно в хемолимфата на какавиди и възрастни (мъжки и женски) комари Aedes aegypti. Ортолози на този протеин също са открити в различни видове Anopheles и Culex, споделяйки повече прилики от техните слюнчени D7 протеини. Подобно на слюнчените D7 дълги форми, този протеин има два OBP-подобни домена. Неговият N-терминал е запазил много от остатъците, за които е доказано, че участват в свързването на ейкозаноидите в слюнчените D7, което предполага, че може да е налице липиден свързващ джоб, докато неговият С-терминален състав е много различен от всеки друг D7/D7-подобен описани досега. Експериментите на ITC показват, че този протеин, наречен ювенилен хормон-свързващ протеин на комари (mJHBP), не може да свързва ейкозаноидите, но има висок афинитет и специфичност към ювенилния хормон (JH). Структурните данни показват, че наистина архитектурата на неговия N-терминален домен е подобна на техните двойници в D7L протеини, съдържащи две дисулфидни връзки и съставени от 7 -спирали и съдържащи повечето от остатъците, участващи във взаимодействието му с JH III. Независимо от това, за разлика от тези, наблюдавани за слюнчените D7L протеини, описани досега, някои от С-терминалните остатъци също участват в свързването, особено удължаването на спиралата -13, затварящо входа на свързващия джоб [89]. Много важно, както е добре разгледано от авторите, този протеин е структурно напълно различен от протеина, свързващ хемолимфния ювенилен хормон, описан досега в Bombyx mori [90].
Ювенилният хормон регулира най-разнообразните процеси при насекомите, включително развитие [91], линеене и метаморфоза [92], възпроизводство и оогенеза [93–95] и имунитет [96,97]. Когато физиологичната роля на Aedes aegypti mJHBP беше изследвана чрез нокаутиране на неговия ген от CRISPR-cas9, не се наблюдава ефект върху развитието, растежа или възпроизводството [98]. Независимо от това, нокаутираните (KO) комари имат нарушен вроден имунен отговор, като са по-податливи на бактериална инфекция, когато са предизвикани със сублетални дози E. coli и произвеждат значително по-ниски количества антимикробни пептиди след инфекция в сравнение с комари от див тип (WT). . Тези ефекти са в съответствие с по-ниския брой и различния състав на хемоцитите в KO комари, наблюдавани от авторите [98].
5. Изводи
Слюнчените OBP-подобни протеини, като членовете на семейството D7 и PdSP15, играят решаваща роля в улесняването на кръвоснабдяването, насочвайки се към различни молекули, участващи в хемостазата на гостоприемника и възпалителния отговор. Генното дублиране на слюнчените гени, включително D7s, и бързата мутация водят до придобиване и загуба на функции в рамките на различни членове на семейството. Това разнообразие не е изключително за D7 протеини и е описано в други семейства, като липокалини от насекоми [6,7].
Защитите на гостоприемника срещу ухапване не са изключителни за хематофагите Diptera, нито целта или наличието на протеини за справяне с тях. Независимо от това, начинът за преодоляване на тези предизвикателства е разнообразен сред групите членестоноги поради независимата еволюция на хематофагията, водеща до широк набор от протеини за противодействие на хемостатичните, възпалителните и имунните реакции на гостоприемника [2,4,5,7,15,16] . Например D7 протеините могат да свързват биогенни амини и ейкозаноиди. При кърлежите и триатомните буболечки липокалините (независима еволюция), напълно различно протеиново семейство с много различна архитектура, съставено от 8 антипаралелни листа, обграждащи свързващ джоб, поемат тези функции [7,99–105]. При пясъчните мухи отсъстват D7 с къса форма и функцията за свързване на биогенния амин се поема от семейството на "жълтите" протеини [71], докато те имат D7L, които свързват ейкозаноидите [40].
Culex quinquefasciatus D7L1, различно от другите D7s, свързва ADP. Апирази, ензими, които катализират хидролизата на ATP и ADP до AMP и Pi (неорганичен фосфат), както и ADP-свързващи протеини и 50нуклеотидази, са описани в слюнката на различни видове хематофаги членестоноги, да не говорим за други протеини, които инхибират агрегацията на тромбоцитите, насочени към други молекули като колаген и тромбин (прегледано от [76]).
Разбирането на състава на слюнката е от решаващо значение за изучаването на векторната биология и нейното взаимодействие с гостоприемника. Освен това той предоставя ценна информация за разработването на нови подходи за контрол на болести, пренасяни от вектори. Например, при повечето болести, предавани от вектори, патогенът се инжектира в гостоприемника заедно със слюнката на вектора по време на ухапването. Фактът, че някои слюнчени протеини са имуногенни, ги прави страхотни епидемиологични инструменти като биомаркери за излагане на хора на векторно ухапване, както се съобщава за протеиновия екстракт от слюнчените жлези Aedes [106] и An. gambiae D7s [107]. Способността им да предизвикват имунни отговори също ги прави страхотни кандидати за ваксина, какъвто е случаят с PdSP15, OBP-подобен слюнчен протеин, за който е доказано, че е обещаващ кандидат за ваксина срещу кожна лайшманиоза [47].
Авторски принос:
PHA и JFA прегледаха литературата, написаха първата чернова на ръкописа, съществено ревизираха следващите чернови и одобриха окончателната версия. Всички автори са прочели и са съгласни с публикуваната версия на ръкописа.
Финансиране:
Тази работа е финансирана от Програмата за вътрешни изследвания на NIAID, Национални институти по здравеопазване.
Изявление на институционалния съвет за преглед:
Не е приложимо.
Декларация за информирано съгласие:
Не е приложимо.
Декларация за наличност на данни:
Не е приложимо.
Благодарности:
Авторите благодарят на José Marcos Chaves Ribeiro за прегледа на този ръкопис и предоставянето на ценни предложения и коментари.
Конфликти на интереси:
Авторите декларират липса на конфликт на интереси.
Препратки
1. Ribeiro, JM Роля на слюнката в кръвоснабдяването на членестоноги. Annu. Rev. Entomol. 1987, 32, 463–478. [CrossRef] [PubMed]
2. Рибейро, JM; Francischetti, IM Роля на слюнката на членестоноги в кръвоснабдяването: Сиаломе и пост-сиаломе перспективи. Annu. Rev. Entomol. 2003, 48, 73–88. [CrossRef] [PubMed]
3. Graca-Souza, AV; Maya-Monteiro, C.; Пайва-Силва, GO; Braz, GR; Paes, MC; Sorgine, MH; Оливейра, MF; Oliveira, PL Адаптации срещу токсичността на хема при хранещи се с кръв членестоноги. Биохимия на насекоми. Mol. Biol. 2006, 36, 322–335. [CrossRef] [PubMed]
4. Ribeiro, JM Хранещи се с кръв членестоноги: живи спринцовки или безгръбначни фармаколози? заразявам. Агенти Dis. 1995, 4, 143–152. [PubMed]
5. Рибейро, JM; Манс, BJ; Arca, B. Вникване в сиалома на хранещи се с кръв Nematocera. Биохимия на насекоми. Mol. Biol. 2010, 40, 767–784. [CrossRef]
6. Рибейро, JMC; Arcà, B. Глава 2 от Sialomes до Sialoverse. В напредъка във физиологията на насекомите; Elsevier: Амстердам, Холандия, 2009 г.; стр. 59–118.
7. Andersen, JF Структура и механизъм в слюнчените протеини от хранещи се с кръв членестоноги. Toxicon 2010, 56, 1120–1129. [CrossRef]
8. Арка, Б.; Ribeiro, JM Слюнка на хематофаги насекоми: Многостранен набор от инструменти. Curr. мнение Insect Sci. 2018, 29, 102–109. [CrossRef]
9. Корнуол, Дж.; Patton, W. Някои наблюдения върху слюнчената секреция на обикновените кръвосмучещи насекоми и кърлежи. Indian J. Med. Рез. 1914, 2, 569–593.
10. Лестър, Х.; Lloyd, L. Бележки за процеса на храносмилане при мухи цеце. Бик. Entomol. Рез. 1928, 19, 39–60. [CrossRef]
11. Рибейро, Ж.; Garcia, E. Ролята на слюнчените жлези при храненето на Rhodnius prolixus. J. Exp. Biol. 1981, 94, 219–230. [CrossRef]
12. Рибейро, JM; Rossignol, PA; Spielman, A. Роля на слюнката на комари в местоположението на кръвоносните съдове. J. Exp. Biol. 1984, 108, 1–7. [CrossRef]
13. Рибейро, Ж.; Rossignol, P.; Spielman, A. Апиразата на слюнчените жлези определя времето за сондиране при анофелинни комари. J. Insect Physiol. 1985, 31, 689–692. [CrossRef]
14. Valenzuela, JG Високопроизводителни подходи за изследване на слюнчени протеини и гени от вектори на болести. Биохимия на насекоми. Mol. Biol. 2002, 32, 1199–1209. [CrossRef] 15. Манс, Б.; Francischetti, I. Sialomic перспективи за еволюцията на поведението на хранене с кръв при членестоноги: Бъдеща терапия по естествен дизайн. При токсини и хемостаза; Springer: Дордрехт, Холандия, 2010 г.; стр. 21–44.
16. Мъже, BJ Еволюция на хемостатични и възпалителни контролни механизми на гръбначни при хранещи се с кръв членестоноги. J. Innate Immun. 2011, 3, 41–51. [CrossRef] [PubMed] 17. Valenzuela, JG; Charlab, R.; Gonzalez, EC; де Миранда-Сантос, IK; Мариноти, О.; Francischetti, IM; Ribeiro, JM Семейството D7 на слюнчените протеини в кръвосмучещите Diptera. Insect Mol. Biol. 2002, 11, 149–155. [CrossRef] [PubMed]
18. Калво, Е.; de Bianchi, AG; Джеймс, АА; Marinotti, O. Основните киселинноразтворими протеини на възрастни женски Anopheles darlingi слюнчените жлези включват член на D7-свързаното семейство протеини. Биохимия на насекоми. Mol. Biol. 2002, 32, 1419–1427. [CrossRef]
