Alfa defensina
Defensina de mamíferos
Estructura de la defensina HNP-3. [1]
Identificadores
SímboloDefensina_1
PfamPF00323
InterprofesionalIPR006081
PROSITIOPDOC00242
SCOP21dfn / ALCANCE / SUPFAM
Base de datos de datos termodinámica1.C.19
Superfamilia OPM54
Proteína OPM1tv0
Estructuras de proteínas disponibles:
Pfam  estructuras / ECOD  
APPDB RCSB; PDBj
PDBsumaResumen de la estructura

Las alfa defensinas son una familia de péptidos defensínicos de mamíferos de la subfamilia alfa. También se conocen como criptdinas y se producen en el intestino delgado . Criptdina es un acrónimo de cripta y defensina .

Las defensinas son péptidos antimicrobianos catiónicos de 2-6 kDa activos contra muchas bacterias Gram-negativas y Gram-positivas , hongos y virus con envoltura , [2] que contienen tres pares de enlaces disulfuro intramoleculares . Sobre la base de su tamaño y patrón de enlace disulfuro , las defensinas de mamíferos se clasifican en categorías alfa, beta y theta. Las alfa-defensinas, que se han identificado en humanos, monos y varias especies de roedores, son particularmente abundantes en los neutrófilos , ciertas poblaciones de macrófagos y células de Paneth del intestino delgado.

Las defensinas se producen de forma constitutiva y/o en respuesta a productos microbianos o citocinas proinflamatorias . Algunas defensinas también se denominan corticostatinas porque inhiben la producción de corticosteroides estimulada por la corticotropina . El mecanismo o los mecanismos por los cuales las defensinas matan y/o inactivan a los microorganismos no se comprenden por completo. Sin embargo, generalmente se cree que la muerte es una consecuencia de la alteración de la membrana microbiana. La topología polar de las defensinas, con regiones cargadas e hidrofóbicas separadas espacialmente , les permite insertarse en las membranas de fosfolípidos de modo que sus regiones hidrofóbicas quedan enterradas dentro del interior de la membrana lipídica y sus regiones cargadas (en su mayoría catiónicas) interactúan con grupos de cabeza de fosfolípidos aniónicos y agua. Posteriormente, algunas defensinas pueden agregarse para formar poros "similares a canales"; otras pueden unirse a la membrana microbiana y cubrirla de una manera "similar a una alfombra". El resultado neto es la alteración de la integridad y la función de la membrana, lo que finalmente conduce a la lisis de los microorganismos. Algunas defensinas se sintetizan como propéptidos que pueden ser relevantes para este proceso. Las defensinas alfa del intestino del ratón se denominaban criptas cuando se descubrieron por primera vez.

Estructura

La HNP-1, la HNP-2 y la HNP-3 están codificadas por dos genes , DEFA1 y DEFA3, localizados en el cromosoma 8 , ubicación 8p23.1. DEFA1 y DEFA3 codifican péptidos idénticos, excepto la conversión del primer aminoácido de alanina en la HNP-1 a ácido aspártico en la HNP-3 ; la HNP-2 es una isoforma truncada en el extremo N que carece del primer aminoácido. Los péptidos de neutrófilos humanos se encuentran en las arterias ateroscleróticas humanas , inhiben el metabolismo de las LDL y la fibrinólisis y promueven la unión de Lp(a) . [3]

Al igual que otras alfa-defensinas, las criptodinas son péptidos catiónicos pequeños, de 32 a 36 aminoácidos de longitud. Poseen 6 cisteínas conservadas que forman una matriz de tridisulfuro con una disposición de pares de cisteínas que caracteriza a las alfa-defensinas. Las criptodinas también muestran una estructura secundaria y terciaria que está dominada por una lámina beta de tres cadenas. La topología que surge de esta estructura es una forma globular anfipática en la que los extremos están emparejados opuestos a un polo que incluye un grupo de residuos catiónicos. [4]

Secuencias de las principales α-defensinas humanas: [5]

GeneAliasPéptidoSecuencia
DEFA1PNH1péptido neutrófilo humano 1ACYCRIPACIAGERRYGTCIYQGRLWAFCC
PNH2péptido neutrófilo humano 2  CICRIPACIÓN GERRYGTCIYQGRLWAFCC
DEFA3PNH3péptido 3 de neutrófilos humanosDCYCRIPACIAGERRYGTCIYQGRLWAFCC
DEFA4PNH4péptido 4 de neutrófilos humanosVCSCRLVFCRRTELRVGNCLIGGVSFTYCCTRV
DEFA5HD5defensina humana 5ATCYCRHGRCATRESLSGVCEISGRLYRLCCR
DEFA6HD6defensina humana 6AFTCHCRRSCYSTEYSYGTCTVMGINHRFCCL

Los genes que codifican las criptodinas se encuentran en el brazo proximal del cromosoma 8 del ratón. Son similares a otros genes de alfa-defensinas entéricas en que implican una estructura de dos exones . El primer exón codifica un péptido señal canónico N-terminal y una prorregión que está presente en el precursor de la criptodina. El péptido maduro procesado está codificado por el segundo exón que está separado del primer exón por un intrón de ~500 pb . [6]

Las criptinas, biosintetizadas como precursoras que poseen una prorregión aniónica N-terminal, se empaquetan en los gránulos secretores dirigidos apicalmente de las células de Paneth. Durante este proceso y quizás después, las precursoras son escindidas por la metaloproteinasa de matriz-7 (matrilisina; MMP-7 ). Como resultado de esta proteólisis, la forma madura C-terminal se libera de la prorregión. [7]

Características funcionales

Las cripdinas, que tienen la capacidad de matar bacterias grampositivas y gramnegativas, hongos, espiroquetas y algunos virus envueltos, se clasifican como péptidos antimicrobianos de amplio espectro. Aunque es la menos expresada de las seis isoformas, la cripdina-4 es la más bactericida. Sin embargo, las procripdinas no son bactericidas y, por lo tanto, requieren la degradación de la prorregión por MMP-7 para su activación. En respuesta a los antígenos bacterianos, las células de Paneth liberan sus gránulos secretores en el lumen de las criptas intestinales. Allí, las cripdinas, junto con otros péptidos antimicrobianos expresados ​​por las células de Paneth, contribuyen a la inmunidad innata de la mucosa entérica al limpiar la cripta intestinal de posibles patógenos invasores. [8]

Defensinas humanas

Inicialmente, los péptidos de alfa defensinas humanas se aislaron de los neutrófilos y, por lo tanto, se denominan péptidos de neutrófilos humanos. [9] Los péptidos de neutrófilos humanos también se conocen como α- defensinas .

Las alfa-defensinas derivadas de neutrófilos humanos (HNP) son capaces de mejorar la fagocitosis por parte de los macrófagos de ratón. Se ha informado que las HNP1-3 aumentan la producción de factor de necrosis tumoral (TNF) e IL-1, mientras que disminuyen la producción de IL-10 por parte de los monocitos. Es probable que los niveles aumentados de factores proinflamatorios (p. ej., IL-1, TNF, histamina y prostaglandina D2) y los niveles suprimidos de IL-10 en el sitio de la infección microbiana amplifiquen las respuestas inflamatorias locales. Esto podría verse reforzado aún más por la capacidad de algunas alfa-defensinas humanas y de conejo para inhibir la producción de glucocorticoides inmunosupresores al competir por la unión de la hormona adrenocorticotrópica a su receptor. Además, las alfa-defensinas humanas pueden mejorar o suprimir la activación de la vía clásica del complemento in vitro al unirse al complemento C1q en fase sólida o en fase fluida, respectivamente. La capacidad de las defensinas para mejorar la fagocitosis, promover el reclutamiento de neutrófilos, mejorar la producción de citocinas proinflamatorias, suprimir los mediadores antiinflamatorios y regular la activación del complemento sugiere que las defensinas regulan positivamente las defensas inflamatorias innatas del huésped contra la invasión microbiana.

Las defensinas neutrófilas humanas 1, 3 y 4 están elevadas en aspirados nasales de niños con infección natural por adenovirus. [10] En un estudio pequeño, se detectó un aumento significativo en los niveles de alfa-defensina en lisados ​​de células T de pacientes con esquizofrenia ; en pares de gemelos discordantes, los gemelos no afectados también tuvieron un aumento, aunque no tan alto como el de sus hermanos enfermos. [11]

El ensayo antibacteriano Virtual Colony Count se desarrolló originalmente para medir la actividad de las seis defensinas alfa humanas en la misma microplaca . [12]

En plasma humano

Las HNP se han estudiado ampliamente como marcadores plasmáticos de una variedad de enfermedades como la aterosclerosis, enfermedades reumáticas, [13] infecciones, [14] cáncer, [15] preeclampsia, [16] y esquizofrenia. [17] Los anticuerpos dirigidos contra HNP-1 completamente procesados ​​parecen tener baja afinidad por los propéptidos , proHNP. Un estudio reciente utilizó anticuerpos dirigidos contra proHNP para demostrar que las formas predominantes de alfa-defensinas en el plasma son de hecho proHNP. [18] Los proHNP son sintetizados exclusivamente por precursores de neutrófilos en la médula ósea y parecen ser marcadores muy específicos de la granulopoyesis .

Expresión visceral

Las criptas son productos proteicos de una familia relacionada de genes altamente polimórficos que se expresan específicamente en las células de Paneth de ratón en la base de las criptas intestinales. [19] Se caracterizaron por primera vez como productos de ADNc derivados del ARN del intestino delgado de ratón. Hasta la fecha, se han descrito más de 25 transcripciones que codifican criptas. A pesar de la expresión de un número relativamente grande de isoformas de criptas, solo se han aislado 6 criptas a nivel proteico. La nomenclatura convencional etiqueta las isoformas criptas-1 a -6 en orden de descubrimiento. Las estructuras primarias de las isoformas de criptas son altamente homólogas. La mayoría de las diferencias entre las isoformas radican en la identidad de los residuos en los extremos N y C.

Véase también

Referencias

  1. ^ Hill CP, Yee J, Selsted ME, Eisenberg D (marzo de 1991). "Estructura cristalina de la defensina HNP-3, un dímero anfifílico: mecanismos de permeabilización de la membrana". Science . 251 (5000): 1481–5. Bibcode :1991Sci...251.1481H. doi :10.1126/science.2006422. PMID  2006422.
  2. ^ Selsted ME, White SH, Wimley WC (1995). "Estructura, función e integración de membrana de las defensinas". Curr. Opin. Struct. Biol . 5 (4): 521–527. doi :10.1016/0959-440X(95)80038-7. PMID  8528769.
  3. ^ Nassar H, Lavi E, Akkawi S, Bdeir K, Heyman SN, Raghunath PN, Tomaszewski J, Higazi AA (octubre de 2007). "Alfa-defensina: vínculo entre la inflamación y la aterosclerosis". Aterosclerosis . 194 (2): 452–7. doi :10.1016/j.atherosclerosis.2006.08.046. PMID  16989837.
  4. ^ Satchell DP, Sheynis T, Shirafuji Y, Kolusheva S, Ouellette AJ, Jelinek R (2003). "Interacciones de las alfa-defensinas de células de Paneth de ratón y los precursores de las alfa-defensinas con las membranas. Inhibición de la asociación de péptidos con membranas biomiméticas por parte de los prosegmentos". J. Biol. Chem . 278 (16): 13838–46. doi : 10.1074/jbc.M212115200 . PMID  12574157.
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  6. ^ Ouellette AJ, Darmoul D, Tran D, Huttner KM, Yuan J, Selsted ME (1999). "Localización de péptidos y estructura génica de la criptodina 4, una alfa-defensina de células de Paneth de ratón expresada diferencialmente". Infect. Inmun . 67 (12): 6643–51. doi :10.1128/IAI.67.12.6643-6651.1999. PMC 97078. PMID  10569786 . 
  7. ^ Wilson C, Ouellette A, Satchell D, Ayabe T, López-Boado Y, Stratman J, Hultgren S, Matrisian L, Parks W (1999). "Regulación de la activación de la alfa-defensina intestinal por la metaloproteinasa matrilisina en la defensa innata del huésped". Science . 286 (5437): 113–7. doi :10.1126/science.286.5437.113. PMID  10506557.
  8. ^ Ayabe T, Satchell DP, Wilson CL, Parks WC, Selsted ME, Ouellette AJ (2000). "Secreción de alfa-defensinas microbicidas por las células de Paneth intestinales en respuesta a bacterias". Nat. Immunol . 1 (2): 113–8. doi :10.1038/77783. PMID  11248802. S2CID  23204633.
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