CC BY
299
Теоретична медицина
УДК 616.2:543.645.6/.7(049.2):612.648:612.017 АБАТУРОВ А.Е.
Днепропетровская государственная медицинская академия
КАТИОННЫЕ АНТИМИКРОБНЫЕ ПЕПТИДЫ СИСТЕМЫ НЕСПЕЦИФИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ РЕСПИРАТОРНОГО ТРАКТА: ДЕФЕНЗИНЫ И КАТЕЛИЦИДИНЫ
Дефензины — молекулы, переживающие ренессанс (часть 1)
Резюме. В обзоре дана характеристика эволюционно древнему семейству антимикробных пептидов — дефензинам. Даны общие представления о функционировании антимикробных пептидов как основных компонентов первой линии защиты макроорганизма от инфекционных агентов. Охарактеризовано строение молекул разных групп дефензиновых пептидов.
Ключевые слова:респираторный тракт, неспецифическая защита, антимикробные пептиды, дефензины.
Сокращения: АКМ — активные кислородо-содержащие метаболиты; АМП (antimicrobial peptide) — антимикробные пептиды; HBD (human b-defensins) — человеческий b-дефензин; HD (human defensin) — человеческий a-дефензин клеток Панета; HNP (human neutrophils peptide) — человеческий нейтрофильный пептид, нейтрофильный a-дефензин; LPS (lipopolysaccharide) — липополи-сахарид; NLR (NOD-like receptor) — Nod-подобные рецепторы; PAMP (pathogen-associated molecular pattern) — патоген-ассоциированные молекулярные структуры; TLR (Toll-like receptor) — Toll-подобные рецепторы.
Введение
Механизмы местной неспецифической защиты респираторного тракта, включающие в себя непрерывный эпителиальный слой, реснитчатый аппарат эпителия, альвеолярные макрофаги, нейтрофилы, моноциты, макрофаги, системы пероксидазы, сур-фактанта, комплемента, антимикробных пептидов, в отличие от механизмов специфического иммунного ответа активируются сразу после внедрения различных патогенных микроорганизмов, обеспечивая первую линию противоинфекционной обороны организма [25, 168, 172, 234].
Общие данные об антимикробных пептидах
Продукция белковых молекул, обладающих выраженной антимикробной активностью, является одним из наиболее древних механизмов неспецифической защиты макроорганизма от инвазии инфекционными патогенами. Среди этих молекул условно
выделяют два больших молекулярных класса: рибо-сомально синтезируемые олигопептиды и протеины, которые представлены у всех видов многоклеточных организмов, и нерибосомально синтезируемые пептиды, которые продуцируются бактериями и грибами, в частности бацитрацин, грамицидин S, по-лимиксин В, ванкомицин, тейкопланин. Наиболее яркими и эффективными молекулярными компонентами неспецифических механизмов защиты организма являются антимикробные пептиды (АМП). Термин «антимикробные пептиды» обычно используется для обозначения защитных пептидов эукари-отов [84, 95, 258].
Антимикробные пептиды — это маленькие амфи-фильные (то есть имеющие гидрофильную и гидрофобную части) молекулы, состоящие всего из 12—50 аминокислотных остатков, с выраженным бактерицидным действием. АМП представляют эволю-ционно наиболее древнюю противоинфекционную систему, которая эффективно противодействует, преимущественно на эпителиальных поверхностях слизистых оболочек и кожных покровов, широкому кругу патогенных бактерий, грибов и вирусов [30, 84, 95, 258].
В настоящее время в базу данных АМП внесено 1 393 антимикробных, 1 03 противовирусных, 553 противогрибковых пептида [http://aps.unmc.edu/ AP/database/antiF.php]. У млекопитающих идентифицировано более 500 различных АМП [257]. Различают пять классов АМП — анионные, катионные пептиды, линейные амфифильные а-спиральные пептиды, пептидные фрагменты и пептиды, обогащенные цистеиновыми аминокислотными остатками (табл. 1) [94, 126, 160].
Таблица 1. Характеристика различных классов АМП [51]
Класс АМП Характеристика Пример Продуценты
Анионные Отрицательно заряженные молекулы Максимин, дермицидин Амфибии, человек
Линейные Положительно заряженные с а-спиралью Цекропин, магаинин плу-эроцидин Амфибии, млекопитающие, насекомые
Линейные катионные Положительно заряженные Абецин, индолицидин, гистатин Млекопитающие, насекомые
Пептидные фрагменты Положительно заряженные с р-слоем Лактоферрицин, катели-цидин Человек
Пептиды, содержащие цистеиновые остатки Положительно заряженные с дисульфидными связями a-, ß- и 0-дефензины, протегрин Птицы,рептилии, млекопитающие, растения
Основным местом расположения АМП являются поверхность эпителиальных клеток слизистых оболочек, кожных покровов, азурофильные гранулы нейтрофилов, клетки Панета [95, 254, 258]. Продукция АМП может быть как конститутивной, так и индуцибельной. Синтез АМП индуцируется преимущественно патоген-ассоциированными молекулярными структурами (РАМР) инфекционных агентов и цитокинами (IL-1ß, IL-8/CXCL8, TNF-a и другими), которые реализуют свое действие через TLR, NLR и цитокиновые рецепторы соответственно [37, 52]. Ведущую роль в индуцибельном обеспечении АМП играет РАМР-ассоциированная TLR- и NLR-зависимая продукция [83]. В индукции синтеза АМП могут принимать участие и некоторые аминокислоты, в частности L-изолейцин [139]. Pascale Fehlbaum и соавт. [74] считают, что увеличение концентрации свободного изолейцина, который может иметь как бактериальное происхождение, так и быть продуктом протеолиза белков макроорганизма бактериальными ферментами, приводит к возбуждению специфического, возможно, внутриклеточного рецептора. Данный рецептор активирует семейство факторов транскрипции NF-kB/rel, ответственных за инициацию синтеза провоспалительных цитоки-нов и АМП.
Противомикробную защиту АМП осуществляют с помощью неокислительного киллинга бактерий [254]. Тонкие механизмы киллинга бактерий окончательно не установлены. Бактерицидная активность АМП достоверно зависит от особенностей строения и состояния бактериальной стенки, уровня амфифильности молекулы, значений pH окружающей среды, местной концентрации АМП и NaCl [38, 103, 156, 218, 255].
Из множества предложенных моделей бактерицидного действия АМП несмотря на свою двадцатилетнюю историю, модель Шайа — Мацуза-ки — Хуанга (Shai — Matsuzaki — Huang), вероятно, наиболее соответствует современным представлениям об электростатических и пространственных взаимодействиях антимикробных пептидов с мембраной инфекционных агентов. Согласно модели Шайа — Мацузаки — Хуанга, взаимодействие АМП с бактериальной мембраной представляет три последовательных шага. Это кумуляция молекул дефензина на
внешней поверхности бактериальной мембраны за счет электростатических взаимосвязей, проникновение АМП в липидный бислой мембраны и дестабилизация мембраны с нарушением ее целостности. Клеточная стенка бактерий хорошо проницаема не только для питательных веществ, но и для таких маленьких молекул, как АМП. Положительный заряд молекулы АМП способствует возникновению электростатической взаимосвязи между АМП с такими отрицательно заряженными поверхностными компонентами мембраны, как липополисахариды (LPS) грамотрицательных бактерий и тейхоевые кислоты, липотейхоевые кислоты и лизилфосфатидилглице-рол грамположительных бактерий (рис. 1) [261].
Молекулы АМП, взаимодействуя с поверхностными структурами бактерии, приобретают правостороннюю спиральную форму, которая предопределяет их проникновение вглубь отрицательно заряженного фосфолипидного слоя мембраны бактерии, нарушая ее целостность и/или блокируя метаболизм бактериальной клетки (рис. 2) [13, 93, 205].
Любые амфифильные молекулы, в том числе и АМП, при том что они одновременно содержат гидрофобные и гидрофильные группы, отличаются, особенно в биологических средах, дуальностью поведения. Взаимодействие гидрофильных групп с молекулами водной среды ведет к однонаправленному расположению молекул АМП, а стремление гидрофобных групп к увеличению числа контактов
Антимикробные
V пептиды
vf: îl
^^ Внешняя поверхность
\
шшшшш ^Внутренняя поверхность мембраны^
Рисунок 1. Электростатическое взаимодействие АМП и бактериальной мембраны [258]
друг с другом обусловливает образование сложных макромолекулярных структур, в частности канало-подобных структур. При организации стенок поры только из молекул АМП возникает трасмембранный канал, который по форме напоминает цилиндрическую бочку, а организация стенок поры из комбинации АМП и липидных компонентов мембраны бактерии ведет к образованию тороидальной поры (рис. 3) [249].
Образование пор в бактериальной мембране по модели «деревянных бочек» характерно для немногих представителей семейства АМП, в частности для аламетицина — АМП гриба Trichoderma у1Шв. Аминокислотная последовательность аламетицина
состоит из 20 аминокислотных остатков (Ае-А1Ъ-Рго-А1Ъ-А1а-А1Ъ-А1а^1п-А1Ъ^а1-А1Ъ^1у^еи-А1Ъ-Рго^а1-А1Ъ-А1Ъ^1и^1и-РЫ) и включает необычные остатки — остатки а-аминоизобутирата. Аламетициновый канал образуется кластером из 6—11 молекул, соединенных стабилизирующими его структуру водородными связями. При данном варианте порообразования гидрофобные области пептида взаимодействуют с ацильными группами липидов мембраны бактерий, а его гидрофильные области формируют внутреннюю поверхность канала поры, длина которого (32 А) позволяет пересечь мембранный бислой бактерии [249]. Согласно тороидальной модели порообразования, АМП пронизывают
Высокая концентрация АМП
Нарушение целостности бактериальной мембраны
Низкая концентрация АМП \\
Нарушение метаболизма бактериальной клетки
Рисунок 2. Механизмы бактерицидного действия АМП [258]
Модель «бочек»
Тороидальная модель
:<Ковровая» модель
Рисунок 3. Модели порообразования АМП в бактериальных стенках [249]
-www.pediatric.mif-ua. com - 163
мембрану бактерии, плотно прилегая друг к другу, взаимодействуют с ее липидными структурами и, выстраиваясь по кругу перпендикулярно плоскости бактериальной мембраны, образуют тороидальную пору [81, 203].
Поры, образованные АМП, в отличие от мембраны бактерии не обладают селективностью по отношению к проницаемости ионов различных электролитов и не поддерживают градиент осмотического давления. При достижении критической величины количества пор, пронизывающих мембрану, бактериальная клетка погибает от осмотического шока. Joseph I. Kourie считает, что образующиеся поры функционируют как неселективные ионные каналы и АМП могут непосредственно взаимодействовать с транспортными белками клеточной мембраны, изменяя трансмембранную проницаемость, которая обусловливает прогредиентную дисминерализацию клетки [157].
Согласно «ковровой» теории, положительно заряженные молекулы АМП разрывают отрицательно заряженную мембрану клетки микроорганизма [96]. В результате множественных нарушений целостности мембраны бактерии погибают [157].
Однако последние исследования показали, что пертурбации бактериальной мембраны являются важными, но не единственными АМП-индуцируемыми событиями, которые приводят бактерии к гибели (рис. 4) [78, 145]. Установлено, что АМП активируют внутриклеточные механизмы гибели микроорганизмов [167, 251]. Некоторые АМП проникают в цитоплазму бактерии и нарушают функционирование ДНК и РНК. Так, нейтрофильный бычий бактене-цин, богатый аргинином АМП, нарушает функцию РНК, а цекропин (PR-39) ингибирует синтез ДНК в
грамотрицательных бактериях. Такие АМП, как ма-гаинин II, индолицидин, темпорины (В и L), изменяют активность фосфолипазы А2 [260].
Процесс фагоцитоза инфекционных агентов сопровождается выраженным синтезом АМП. Помимо осуществления непосредственного бактерицидного действия, антимикробные пептиды активируют другие механизмы антибактериальной защиты организма. Практически все АМП увеличивают мощность генерации активированных кислородосодержащих метаболитов (АКМ) [48], которые не только обладают антимикробным действием, но и являются сигнальными молекулами, активирующими экспрессию генов провоспалительных цитокинов [151].
Кроме антимикробной функции, АМП обладают выраженным иммуномодулирующим действием [29, 214]. Большинство АМП модулируют ^Я-зависимое возбуждение РАМР инфекционных агентов [33]. АМП оказывают хемотаксическое действие (дефензины, кателицидин) на различные провоспалительные клетки [95, 128, 185, 191], индуцируют апоптоз (кателицидин, лактоферрицин), способствуют репарации тканей (дефензины, кате-лицидин) [11, 198]. АМП играют ключевую роль в организации взаимосвязи неспецифических механизмов защиты и адаптивной иммунной системы организма [45].
АМП также индуцируют синтез факторов роста [11, 66, 77, 235], ингибируют продукцию протеаз [216], эндостатинов [67].
У человека катионные АМП, функционирующие в респираторном тракте, представлены двумя основными молекулярными семействами, которые организованы дефензинами и кателицидином ^-37) [28, 71, 258].
Рисунок 4. Механизмы бактерицидного действия АМП [188]
Примечания: A — разрушение целостности бактериальной мембраны (1 — первичное взаимодействие мембраной бактерии, 2 — самоорганизация молекул аМп за счет взаимодействия гидрофобных групп, 3 — порообразование); B — ингибиция синтеза ДНК; C — нарушение синтеза РНК; D — ингибиция ферментов, участвующих в репарации бактериальной стенки; E — ингибиция активности рибосом; F — нарушение структуры шаперонов, участвующих в созревании белков.
Рисунок 5. Динамика количества публикаций, посвященных изучению дефензинов [240]
Краткая характеристика семейства дефензинов
Дефензины, ранее известные как лизосомальные катионные протеины, являются наиболее эволю-ционно древними пептидами, которые участвуют в неспецифической защите макроорганизма от инфекционных агентов. Нарастающий из года в год научный интерес (рис. 5) к биологическому и медицинскому значению дефензиновых пептидов и чрезвычайно высокая степень изменчивости их генов по праву позволяют считать их молекулами, переживающими ренессанс [107].
Впервые дефензины млекопитающих были описаны в 1956 году Robert C. Skarnes и Dennis W. Watson [220] как лейкины и James G. Hirsch [105] как фаго-цитины полиморфноядерных лейкоцитов кролика. В серии работ H.I. Zeya и John K. Spitznagel [259] показали, что данные протеины относятся к одному молекулярному семейству, которое они определили как семейство катионных антимикробных протеинов, и только в 1985 году Michael E. Selste и соавт. [193] дали им современное название — дефензины.
Человеческие дефензины представляют собой семейство амфифильных, катионных, богатых ци-
стеиновыми остатками пептидов с молекулярной массой 3—4 кД, молекула которых состоит из 29—47 аминокислотных остатков [1, 85, 86, 181].
Молекулы дефензинов отличаются высоким содержанием положительно заряженных аргининовых, лизиновых остатков, аминокислот с гидрофобными боковыми группами и обязательным наличием шести цистеиновых остатков, образующих три внутримолекулярных дисульфидных мостика, которые функционально стабилизируют молекулу от деградации протеазами. В настоящее время идентифицировано три типа дефензинов: a-дефензины, b-дефензины и 0-дефензины (табл. 2). У человека обнаружены a-дефензины и b-дефензины. Циклические 0-дефензины обнаружены только у макаки-резус (Macaca mulatta). Из-за короткой аминокислотной последовательности (18 аминокислотных остатков) 0-дефензины получили альтернативное название — минидефензины. Показано, что у человека экспресси-руются мРНК 0-дефензинов, но так как человеческие гены (DEFT) 0-дефензинов содержат в сигнальном регионе гена стоп-кодон, который прерывает трансляцию, соответствующие пептиды в человеческом организме не синтезируются [3, 202, 211, 214]
Таблица 2. Краткая характеристика семейства дефензинов (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene)
Название Гены Синонимы Хромосомная локализация гена ID
1 2 3 4 5
Дефензины a
Дефензин a1 DEFA1 DEF1; DEFA2; HNP-1; HP1; MGC138393; MRS; OTTHUMP00000196017; миелоид-связанный секвестр, дефензин a2; нейтрофильный дефензин 1 8p23.1 1667
Дефензин a1B DEFA1B DEFA1; HNP-1; HP-1; HP1; OTTHUMP00000194783; дефензин a1; нейтрофильный дефензин 1 8p23.1 728358
Дефензин a2 DEFA2 8p23.1 504182
Дефензин a3, нейтрофильно- специфичный DEFA3 DEF3; HNP-3; DEFA3; HP-3; HP3; OTTHUMP00000115439; нейтрофильно-специфичный дефензин 3, нейтрофильный дефензин 3; нейтрофиль-ный пептид 3 8p23.1 1668
Дефензин a4 DEFA4 DEF4; HNP-4; HP-4; HP4; MGC120099; MGC138296; OTTHUMP00000115440; кортикостатин; дефензин a4, препропротеин; нейтрофильный дефензин 4 8p23 1669
Дефензин a4, псевдоген DEFA4P 8p23.1 503616
Дефензин a5, специфический для клеток Панета DEFA5 DEF5; DEFA5; MGC129728; OTTHUMP00000115441; дефензин 5; дефензин a5, препропротеин; дефензин-5 8p23.1 1670
Дефензин a6 DEFA6 DEF6; DEFA6; OTTHUMP00000115425; дефензин 6; дефензин-6 8p23.1 1671
Дефензин a7 DEFA7 8p23.1 449490
Дефензин a7, псевдоген DEFA7P 8p23.1 724067
Дефензин a8 DEFA8 DEFAP1 8p23.1 595096
Дефензин a8, псевдоген DEFA8P DEFAP1 8p23.1 449491
Продолжение табл. 2
1 2 3 4 5
Дефензин а9, псевдоген DEFA9P DEFAP2 8р23.1 449492
Дефензин а10, псевдоген DEFA10P 8р23.1 449493
Дефензин а11, псевдоген DEFA11P DEFAP3 8р23.1 724068
Дефензины 0
Дефензин 01 DEFB1 BD1; DEFB101; DEFB1; ОС51822; BD-1; ТТНиМР00000159500 8р23.1 1672
Дефензин 04А DEFB4A BD-2; DEFB-2; DEFB102, DEFB2; DEFB4; HBD-2; SAP1; 0ТТНиМР00000159651; дефензин 02; дефензин 04; кожный антимикробный пептид 1 8р23.1 1673
Дефензин 04В, псевдоген DEFB4B DEFB4P; дефензин 04, псевдоген 8р23.1 728454
Дефензин 05 BD-5 8р22-р21 260312
Дефензин 050 DEFB50 DEFB1037; РЬс11; дефензин 036 492317
Дефензин 0103А DEFB103A BD-3; DEFB-3' DEFB103; DEFB3; DEFB103; НВР-3; НВР3; hBD-3; 0ТТНиМР00000159650; 0-дефензин 103; 0-дефензин 3; дефензин 0103; дефензин 03; дефен-зин-подобный протеин 8р23.1 414325
Дефензин 0103В DEFB103B BD-3; DEFB103; DEFB103A; DEFB3; DEFB103; НВР3; 0ТТНиМР00000185016; 0-дефензин 103; 0-дефензин 3; дефензин 0103; дефензин-подобный протеин 8р23 55894
Дефензин 0104А DEFB104A BD-4; DEFB-4; DEFB104; DEFB104B; МОС118942; МОС118944; МОС118945; hBD-4; 0ТТНиМР00000195979; 0-дефензин 104; 0-дефензин 4; дефензин 04 8р23.1 140596
Дефензин 0105А DEFB105A BD-5; DEFB-5; DEFB105; DEFB105B; 0ТТНиМР00000195976; 0 дефензин 5; 0-дефензин 105; 0-дефензин 5; дефензин 05 8р23.1 245908
Дефензин 0105В DEFB105B DEFB105A; BD-5; DEFB-5; 0ТТНиМР00000159652; 0-дефензин 105; 0-дефензин 5; дефензин 0105 8р23.1 504180
Дефензин 0106А DEFB106A BD-6; DEFB-6; DEFB106; МОС118938; МОС118939; М0С118940; МОС118941; М0С133011; М0С133012; 0ТТНиМР00000195977; 0-дефензин 106; 0-дефензин 6; дефензин 06 8р23.1 245909
Дефензин 0106В DEFB106B BD-6; DEFB-6; 0ТТНиМР00000159649; 0-дефензин 106; 0-дефензин 6; дефензин 0106 8р23.1 503841
Дефензин 0107А DEFB107A BD-7; DEFB-7; DEFB107; DEFB107B; 0ТТНиМР00000195978; 0-дефензин 107; 0-дефензин 7; дефензин 07 8р23.1 245910
Дефензин 0107В DEFB107B DEFB107A; НБТ21816; BD-7; DEFB-7; 0ТТНиМР00000195800; 0-дефензин 107; 0-дефензин 7; дефензин 0107 8р23.1 503614
Дефензин 0108В DEFB108B BD-8; DEFB-8; 0ТТНиМР00000236120; 0-дефензин 108В; 0-дефензин 8; дефензин 0108, псевдоген 1; дефензин 08; 1^-8 11Я13.4 245911
Дефензин 0108, псевдоген 1 DEFB108P1 DEFB-8; DEFB108; DEFB108A 8р23.1 503694
Дефензин 0108, псевдоген 2 DEFB108P2 8р23.1 503837
Дефензин 0108, псевдоген 3 DEFB108P3 8р23.1 504185
Дефензин 0108, псевдоген 4 DEFB108P4 8р23.1 503840
Продолжение табл. 2
1 2 3 4 5
Дефензин р109 DEFB109 8р23.1 100286963
Дефензин р109, псевдоген 1 DEFB109P1 DEFB-9; DEFB109; DEFB109A 8р23.1 245912
Дефензин р109, псевдоген 1В DEFB109P1B DEF109P1B; DEFB109 8р23.1 641517
Дефензин р109, псевдоген 2 DEFB109P2 8р23.1 503839
Дефензин р109, псевдоген 3 DEFB109P3 8р23.1 503838
Дефензин р110 !осив DEFB110 DEFB-10; DEFB-11; DEFB111; М0С183056; М0С190230; ОТТНиМР00000217775; ОТТНиМР00000217776; р-дефензин 10; р-дефензин 11; р-дефензин 110; р-дефензин 111; дефензин р10 6р12.3 245913
Дефензин р 111 DEFB111 DEFB-11; р-дефензин 111 6р21 245914
Дефензин р112 DEFB112 DEFB-12; 0ТТНиМР00000217780; р-дефензин 112; р-дефензин 12; дефензин р 6р12.3 245915
Дефензин р113 DEFB113 DEFB-13; 0ТТНиМР00000217778; р-дефензин 113; р-дефензин 13; дефензин р13 6р12.3 245927
Дефензин р114 DEFB114 DEFB-14; 0ТТНиМР00000217777; р-дефензин 114; р-дефензин 14; дефензин р14 6р12.3 245928
Дефензин р115 DEFB115 DEFB-15; 0ТТНиМР00000214703; р-дефензин 115; р-дефензин 15; дефензин р15 20я11.1 245929
Дефензин р116 DEFB116 0ТТНиМР00000214704; р-дефензин 116; р-дефензин 16; дефензин р16 20я11.21 245930
Дефензин р117 DEFB117 DEFB-17; дефензин р17 20я11.21 245931
Дефензин р118 DEFB118 С20огГ63; DEFB-18; ESC42; ESP13.6; 0ТТНиМР00000030515; р-дефензин 118; дефензин р18; секреторный протеин 13.6 эпидидимиса; специфический клон эпидидимиса 42 20я11.21 117285
Дефензин р119 DEFB119 ЯР5-10^12.9; DEFB-19; DEFB-20; DEFB120; ESC42-RELA; ESC42-RELB; МОС71893; 0ТТНиМР00000030520; 0ТТНиМР00000030523; 0ТТНиМР00000030524; р-дефензин 119; р-дефензин 120; р-дефензин 19 20я11.21 245932
Дефензин р120 DEFB120 DEFB-20; дефензин р20 20я11.1 245933
Дефензин р121 DEFB121 ESC42RELC; 0ТТНиМР00000214706; р-дефензин 121; р-дефензин 21; дефензин р21 20я11.1 245934
Дефензин р122 DEFB122 DEFB-22; DEFB122P 20я11.21 245935
Дефензин р123 DEFB123 UNQ1963/PRO4485; DEFB-23; ESC42-RELD; 0ТТНиМР00000030522; дефензин р23; р-дефензин 123; р-дефензин 23; специфический протеин яичек и эпидидимиса 20я11.1 245936
Дефензин р124 DEFB124 DEFB-24; 0ТТНиМР00000214717; р-дефензин 124; р-дефензин 24; дефензин р24 20я11.1 245937
Дефензин р125 DEFB125 RP11-530N10.2; DEFB-25; МОС57449; 0ТТНиМР00000029897; дефензин р25; р-дефензин 125; р-дефензин 25 20р13 245938
Дефензин р126 DEFB126 С20о^8; DEFB-26; DEFB26; ESP13.2; bA530N10.1; Г^-26; 0ТТНиМР00000029899; дефензин р26; р-дефензин 126; р-дефензин 26; секреторный протеин 13.2 эпидидимиса; секреторный протеин E эпидидимиса 20р13 81623
Дефензин р127 DEFB127 UNQ1956/PRO6071; С20огГ73; DEF-27; DEFB-27; DEFB27; bA530N10.2; hBD-27; 0ТТНиМР00000029900; дефензин р27; р-дефензин 127; р-дефензин 27 20р13 140850
Окончание табл. 2
1 2 3 4 5
Дефензин 0128 DEFB128 DEFB-28; DEFB28; hBD-28; 0ТТНиМР00000040040; 0-дефензин 128; 0-дефензин 28; дефензин 028 20р13 245939
Дефензин 0129 DEFB129 UNQ5794/PRO19599; С20огГ87; DEFB-29; DEFB29; bA530N10.3; Г^-29; 0ТТНиМР00000029901; 0-дефензин 29; 0-дефензин 129; 0-дефензин 29 20р13 140881
Дефензин 0130 DEFB130 DEFB-30; 0ТТНиМР00000213367; 0-дефензин 130; 0-дефензин 30; дефензин, 030 8р23.1 245940
Дефензин 0131 DEFB131 DEFB-31; 0ТТНиМР00000217752; 0-дефензин 131; 0-дефензин 31; дефензин 031 4р16.1 644414
Дефензин 0132 DEFB132 RP5-1103G7.1; DEFB1032; UNQ827; BD-32; DEFB-32; KFLL827; 0ТТНиМР00000040044; RP5-1103G7.6; 0-дефензин 132; 0-дефензин 32; дефензин HEL-75; дефензин 032 20р13 400830
Дефензин 0133 DEFB133 0-дефензин 133 6р12.3 403339
Дефензин 0134 DEFB134 MGC163333; MGC163335; 0ТТНиМР00000213325; 0ТТНиМР00000229351; 0-дефензин 134; 0-дефензин 135 8р23.1 613211
Дефензин 0135 DEFB135 DEFB136; 0ТТНиМР00000213326; 0-дефензин 135; 0-дефензин 136 8р23.1 613209
Дефензин 0136 DEFB136 DEFB137; 0ТТНиМР00000213327; 0-дефензин 136; 0-дефензин 137 8р23.1 613210
Дефензины 6
Дефензин 61, псевдоген DEFT1P DEFQ1; DEFT1 8р23.1 170949
Дефензин 62, псевдоген DEFT2P 8р23.1 449487
Дефензин 63, псевдоген DEFT3P 8р23.1 449480
Дефензин 64, псевдоген DEFT4P 8р23.1 449485
Дефензин 65, псевдоген DEFT5P 8р23.1 449479
Дефензин 66, псевдоген DEFT6P 8р23.1 449486
а-дефензины 1 1
0ЕРА1 1 1 1 1 1 ACYCRIPACIAGERRYGTCIYQGRLWAFCC
0ЕРА2 CYCRIPACIAGERRYGTCIYQGRLWAFCC
ОЕРАЗ DCYCRIPACIAGERRYGTCIYQGRLWAFCC
0ЕРА4 VCSCRLVFCRRTELRVGNCLIGGVSFTYCCTRVD
0ЕРА5 AT СYC RTGRCATRESLSGVCEISGRLYRLCCR
0ЕРА6 TCHCR-RSCYSTEYSYGTCTVMGINHRFCCL
р-дефензины
I II I II 0ЕРВ1 ОЫЕЬТОЬОНК8БИУЫСУ8 8ОО0СЬУ8АСР1ЕТК10ОТСУКОКАКССК
0ЕРВ2 GIGDPVTCLKSGAICHPVFCPRRYKQIGTCGLPGTKCCKKP
ОЕРВЗ GIINTLQKYYCRVRGGRCAVLSCLPKEEQIGKCSTRGRKCCRRKK
0ЕРВ4 EFELDRICGYGTARCRK-KCRSQEYRIGRCPN-TYACCLRKWDESLLNRTKP
Рисунок 6. Аминокислотная последовательность молекул некоторых а- и 0-дефензинов [249]
Молекулы различных классов дефензинов отличаются длиной аминокислотных последовательностей и аранжировкой дисульфидных связей. Аминокислотная последовательность молекул дефензинов характеризуется двумя формулами, которые характерны для а- и 0-дефензинов. Молекула а-дефензинов организована последовательностью ххСхСхххххСх xxxxxxGxCxxxxxxxxxCCxx, где х представляет разные аминокислотные остатки, а С — цистеиновые остатки, которые в данной аминокислотной последовательности связаны в позициях Cys1-Cys6,
Cys2-Cys4, Cys3-Cys5; молекула 0-дефензинов — CXXXXXXCXXXXCPXXXXXXXXCXXXXX(X)CCXX, у которой цитеиновые остатки связаны в позициях Cys1-Cys5, Cys2-Cys4, Cys3-Cys6 (рис. 6) [119, 150, 249].
Согласно данным рентгеновской кристаллографии, несмотря на разницу в аминокислотной последовательности, вторичная структура различных дефензинов удивительно похожа. Она представляет антипараллельный 0-складчатый лист, который стабилизирован тремя внутримолекулярными дис-ульфидными связями (рис. 7) [2, 119, 232].
Кишечный альфа-дефензин
Экзон 1 Экзон 2
5'ЫТК Сигнальный Просегмент Зрелый З'ЫТК
-1......................I-
Миелоидный альфа-дефензин
Экзон 1
Экзон 2 Экзон 3
5'ЫТК Сигнальный Просегмент Зрелый З'ЫТК
........У//////Л I-
1-6, 2-4, 3-5
-с-с----с-
-сс-
с
Бета-дефензин
Экзон 1 Экзон 2
5'ЫТК Сигнальный Рго Зрелый З'ЫТК
I-
шт
Про-сегмент
1-5, 2-4, 3-6
с
Тета-дефензин
Экзон 1
Экзон 2 Экзон 3
5'ЫТК Сигнальный Про-сегмент З-СуБ З'ЫТК ..................
...............
С
О-Е-с-К-с-Ь-с-К-К
к-т-с-т-с-и-с-у
+
Рисунок 7. Дефензиновые гены и пептиды [101]
Примечания: 5'UTR — сайт инициации транскрипции, 3'UTR — сайт терминации транскрипции; справа: трехмерные пространственные структуры а-дефензина RK-1 кролика (вверху), человеческого 0-дефензина-1 (внизу)
www.peC¡atr¡c.m¡f-ua. сот
169
В 1980 году a-дефензины впервые были выделены в отдельную группу, которая в настоящее время представлена нейтрофильными, или миелоидными (human neutrophils peptides — HNP), a-дефензинами (HNP-1, HNP-2, HNP-3, HNP-4) и кишечными a-дефензинами клеток Панета (HD5, HD6). Ней-трофильные a-дефензины участвуют в антибактериальной защите, а a-дефензины, секретируемые клетками Панета, преимущественно управляют жизнедеятельностью микрофлоры кишечника [69, 207].
Содержание HNP-1, HNP-2 в азурофильных гранулах нейтрофилов человека значительно преобладает над количеством других a-дефензиновых пептидов [175, 207]. Пептиды HNP-1, HNP-2, HNP-3 состоят из 30, 29 и 30 аминокислотных остатков соответственно и высокогомологичны по аминокислотной последовательности. Молекулы этих пептидов отличаются всего лишь по одному аминокислотному остатку в N-терминальном регионе. Аминокислотная последовательность молекулы HNP-1 отличается наличием дополнительного остатка аланина, HNP-3 — наличием дополнительного остатка аспарагиновой аминокислоты. Аминокислотная последовательность пептида HNP-4 практически не гомологична пептидам HNP-1, HNP-2, HNP-3 и характеризуется наличием 33 аминокислотных остатков с высоким содержанием аргинина, который составляет 15,2 % от всей его молекулярной массы. Пептид HNP-4 обладает относительно высокой гидрофоб-ностью [207].
В 1991 году Gill Diamond и соавт. [239] в ткани языка коровы был идентифицирован первый представитель ß-дефензинов млекопитающих, который получил название «трахеальный антимикробный пептид» — TAP (tracheal antimicrobial peptide). В 1995 году Klaus W. Bensch и соавт. [102] из диализата гемофильтрата был выделен первый человеческий ß-дефензин (HBD-1), молекула которого состояла из 36 аминокислотных остатков. В настоящее время субкласс ß-дефензинов объединяет
Абатуров O.e.
Дн1пропетровська лержавна мелична акалем!я
KATiOHHi AHTMMiKPOBHi ПЕПТИДИ СИСТЕМИ НЕСПЕЦИФ1ЧНОГО ЗАХИСТУ PECniPATOPHOrO ТРАКТУ:
ДЕФЕНЗИНИ Й KATEЛiЦИДИHИ Дефензини — молекули, що переживають ренесанс (частина 1)
Резюме. В оглядi подана характеристика еволюцшно давньому шмейству антимшробних пептидiв — дефензи-нам. Подано загальнi уявлення про функцюнування ан-тимiкробних пептидiв як основних компонента першо1 лiнii захисту макрооргашзму вщ iнфекцiйних агентiв. Охарактеризовано будову молекул рiзних груп дефензинових пептвддв.
Ключовi слова: ресшраторний тракт, неспецифiчний за-хист, антимшробш пептиди, дефензини.
более 40 пептидов, которые являются ключевыми компонентами системы неспецифической про-тивоинфекционной защиты слизистых оболочек респираторного, пищеварительного, урогениталь-ного трактов и кожных покровов. Наиболее изучены 4 представителя р-дефензинов HBD-1, HBD-2, HBD-3, HBD-4 [144]. Пептидные представители субкласса р-дефензинов различаются по молекулярному строению и уровню положительного заряда. Так, пептид HBD-1 состоит из 36 аминокислотных остатков и характеризуется уровнем заряда +5, HBD-2 состоит из 41 аминокислотного остатка и поддерживает уровень заряда +7, HBD-3 содержит 45 аминокислотных остатков, поддерживает уровень заряда +11. Представляет интерес тот факт, что высокие уровни экспрессии мРНК HBD-3 регистрируются, как правило, в здоровых тканях макроорганизма [39, 154, 155].
Гены пептидного семейства дефензинов человека в основном расположены на хромосоме 8 (8р22-23), но они также обнаружены на хромосомах 4, 6 и 20. Гены, кодирующие дефензины, которые экспрессируются исключительно в яичках, поджелудочной железе, почках и скелетных мышцах, находятся в двух кластерах на хромосоме 20. Продукты данных дефензиновых генов локализуются исключительно в местах синтеза и не транслоцируются в другие органы и ткани [59].
Было показано, что у людей наблюдается вариабельность числа копий генов дефензинов. Так, в геноме различных индивидуумов могут находиться от 2 до 15 копий генов DEFA1, DEFA3 и от 2 до 12 копий генов DEFB4, DEFB103A и DEFB104 [1, 49, 232]. Количество копий генов не всегда коррелирует с уровнем продукции пептидов. Примерно у 10—37 % пациентов, у которых наблюдается дефицит функционирования гена DEFA3, не наблюдается нарушений в работе местной защиты, которые приводили бы к развитию каких-либо инфекцион-но-воспалительных заболеваний [175].
Список литературы находится в редакции Получено 31.08.11 □
Abaturov A.Ye.
Dnipropetrvsk State Medical Academy, Ukraine
CATIONIC ANTIMICROBIAL PEPTIDES OF NON-SPECIFIC RESPIRATORY PROTECTION: DEFENSINS AND CATHELICIDINS Defensins — Molecules Undergoing Renaissance (Part 1)
Summary. In the review there is presented the characteristic of evolutionarily ancient family of antimicrobial peptides — defensins. The general ideas of the functioning of antimicrobial peptides as major components of first line defense of macroorgan-ism against infectious agents were given. The molecular structure of different groups of peptides defensins was defined.
Key words: respiratory tract, non-specific protection, antimicrobial peptides, defensins.
