Альфа-дефенсины представляют собой семейство пептидов- дефенсинов млекопитающих подсемейства альфа. Они также известны как криптдины и производятся в тонкой кишке . Криптдин представляет собой смесь крипты и дефенсина .
Дефенсины представляют собой катионные антимикробные пептиды массой 2–6 кДа, активные против многих грамотрицательных и грамположительных бактерий , грибов и вирусов с оболочкой [2] , содержащие три пары внутримолекулярных дисульфидных связей. В зависимости от размера и характера дисульфидных связей дефенсины млекопитающих подразделяются на альфа-, бета- и тета-категории. Альфа-дефенсины, которые были идентифицированы у людей, обезьян и некоторых видов грызунов, особенно распространены в нейтрофилах , определенных популяциях макрофагов и клетках Панета тонкого кишечника.
Дефенсины вырабатываются конститутивно и/или в ответ на продукты микробов или провоспалительные цитокины . Некоторые дефензины также называются кортикостатинами, поскольку они ингибируют стимулируемую кортикотропином выработку кортикостероидов . Механизм(ы), с помощью которых микроорганизмы погибают и/или инактивируются дефенсинами, полностью не изучен. Однако обычно считается, что гибель является следствием разрушения микробной мембраны. Полярная топология дефенсинов с пространственно разделенными заряженными и гидрофобными областями позволяет им внедряться в фосфолипидные мембраны так, что их гидрофобные области скрыты внутри липидной мембраны, а их заряженные (в основном катионные) области взаимодействуют с анионными головными группами фосфолипидов и вода. Впоследствии некоторые дефенсины могут агрегироваться с образованием «каналообразных» пор; другие могут связываться с микробной мембраной и покрывать ее «ковром». Конечным результатом является нарушение целостности и функции мембраны, что в конечном итоге приводит к лизису микроорганизмов. Некоторые дефензины синтезируются в виде пропептидов, которые могут иметь отношение к этому процессу. Альфа-дефензины кишечника мыши исторически назывались криптдинами, когда они были впервые обнаружены.
HNP-1, HNP-2 и HNP-3 кодируются двумя генами DEFA1 и DEFA3, локализованными на хромосоме 8 , местоположение 8p23.1. DEFA1 и DEFA3 кодируют идентичные пептиды, за исключением превращения первой аминокислоты из аланина в HNP-1 в аспарагиновую кислоту в HNP-3 ; HNP-2 представляет собой укороченную по N-концу изоформу, в которой отсутствует первая аминокислота. Пептиды нейтрофилов человека обнаруживаются в атеросклеротических артериях человека, ингибируют метаболизм ЛПНП и фибринолиз и способствуют связыванию Лп(а) . [3]
Как и другие альфа-дефенсины, криптдины представляют собой небольшие катионные пептиды длиной 32–36 аминокислот. Они обладают 6 консервативными цистеинами, которые образуют тридисульфидный массив с расположением пар цистеинов , которые типичны для альфа-дефензинов. Криптдины также имеют вторичную и третичную структуру, в которой преобладает трехцепочечный бета-лист. Топология, возникающая в результате этой структуры, представляет собой амфипатическую глобулярную форму, в которой концы спарены напротив полюса, включая кластер катионных остатков. [4]
Последовательности основных α-дефензинов человека: [5]
Гены, кодирующие криптдины, расположены на проксимальном плече 8-й хромосомы мыши. Они подобны другим генам кишечных альфа-дефензинов тем, что имеют двухэкзонную структуру . Первый экзон кодирует N-концевой канонический сигнальный пептид и прорегион, который присутствует в предшественнике криптдина. Процессированный зрелый пептид кодируется вторым экзоном , который отделен от первого экзона интроном размером ~500 п.н. [6]
Биосинтезируемые в виде предшественников, обладающих анионной N-концевой прообластью, криптдины упаковываются в апикально направленные секреторные гранулы клеток Панета. Во время этого процесса и, возможно, после него предшественники расщепляются матриксной металлопротеиназой-7 (матрилизин; ММП-7 ). В результате этого протеолиза С-концевая зрелая форма высвобождается из прообласти. [7]
Благодаря способности убивать грамположительные и грамотрицательные бактерии, грибы, спирохеты и некоторые вирусы с оболочкой, криптдины классифицируются как антимикробные пептиды широкого спектра действия. Хотя криптдин-4 является наименее экспрессируемой из шести изоформ, он является наиболее бактерицидным. Прокриптдины, однако, не обладают бактерицидным действием и поэтому требуют для активации деградации прообласти с помощью MMP-7. В ответ на бактериальные антигены клетки Панета выделяют свои секреторные гранулы в просвет крипт кишечника. Там криптдины, наряду с другими антимикробными пептидами, экспрессируемыми клетками Панета, способствуют врожденному иммунитету слизистой оболочки кишечника , очищая крипты кишечника от потенциальных инвазивных патогенов. [8]
Первоначально пептиды альфа-дефенсина человека были выделены из нейтрофилов и поэтому названы пептидами нейтрофилов человека. [9] Пептиды нейтрофилов человека также известны как α- дефенсины .
Альфа-дефенсины, полученные из нейтрофилов человека (HNP), способны усиливать фагоцитоз макрофагами мыши. Сообщалось, что HNP1-3 увеличивает выработку фактора некроза опухоли (TNF) и IL-1, одновременно снижая выработку IL-10 моноцитами. Повышенные уровни провоспалительных факторов (например, IL-1, TNF, гистамина и простагландина D2) и подавленные уровни IL-10 в месте микробной инфекции, вероятно, будут усиливать местные воспалительные реакции. Это может быть дополнительно подкреплено способностью некоторых альфа-дефенсинов человека и кролика ингибировать выработку иммуносупрессивных глюкокортикоидов путем конкуренции за связывание адренокортикотропного гормона с его рецептором. Более того, альфа-дефенсины человека могут усиливать или подавлять активацию классического пути комплемента in vitro путем связывания с твердофазным или жидкофазным комплементом C1q соответственно. Способность дефенсинов усиливать фагоцитоз, способствовать рекрутированию нейтрофилов, усиливать выработку провоспалительных цитокинов, подавлять противовоспалительные медиаторы и регулировать активацию комплемента, свидетельствует о том, что дефенсины усиливают врожденную воспалительную защиту хозяина против микробной инвазии.
Дефенсины-1, -3 и -4 нейтрофилов человека повышены в аспирате из носа у детей с естественной аденовирусной инфекцией. [10] В одном небольшом исследовании значительное увеличение уровней альфа-дефенсина было обнаружено в лизатах Т-клеток пациентов с шизофренией ; в дискордантных парах близнецов у здоровых близнецов также наблюдалось увеличение, хотя и не такое высокое, как у их больных братьев и сестер. [11]
Антибактериальный анализ Virtual Colony Count изначально был разработан для измерения активности всех шести альфа-дефенсинов человека на одном микропланшете . [12]
HNP широко изучались как плазменные маркеры ряда заболеваний, таких как атеросклероз, ревматические заболевания, [13] инфекции, [14] рак, [15] преэклампсия, [16] и шизофрения. [17] Антитела, направленные против полностью процессированного HNP-1, по-видимому, имеют низкое сродство к пропептидам , proHNP. В недавнем исследовании использовались антитела, направленные против proHNP, чтобы показать, что преобладающими формами альфа-дефензинов в плазме на самом деле являются proHNP. [18] ProHNP синтезируются исключительно предшественниками нейтрофилов в костном мозге и, по-видимому, являются очень специфическими маркерами гранулопоэза .
Криптдины представляют собой белковые продукты родственного семейства высокополиморфных генов, которые специфически экспрессируются клетками Панета мыши в основании кишечных крипт. [19] Впервые они были охарактеризованы как продукты кДНК, полученные из РНК тонкого кишечника мышей. На сегодняшний день описано более 25 транскриптов, кодирующих криптдин. Несмотря на экспрессию относительно большого числа изоформ криптдина, на белковом уровне выделено только 6 криптдинов. В традиционной номенклатуре изоформы криптдинов от 1 до 6 обозначаются в порядке открытия. Первичные структуры изоформ криптдина в высокой степени гомологичны. Большинство различий между изоформами заключается в идентичности остатков на N- и C-концах.