<<
>>

Магейнины

Общеизвестно, что кожа лягушек является продуцентом многих биологически активных веществ (Bevins, Zasloff, 1990; Kreil,

1994) , поэтому не удивительно обнаружение в ее секретах группы антимикробных пептидов, названных магейнинами (magainins от древнееврейского magain, что означает щит, защита) (Zasloff, 1987).

В качестве основного объекта выделения этих пептидов была выбрана шпорцевая лягушка (Xenopus laevis), которая используется в ряде экспериментов с целью хирургического извлечения из ее репродуктивных органов ооцитов. Заслофф обратил внимание на тот факт, что послеоперационные раны животных практически никогда не инфицируются и не загнивают. Выясняя причины подобной резистентности лягушек к инфекции, автор открыл группу низкомолекулярных пептидов (рис. 25) с основными электрохимическими свойствами, которые активны in vitro против грамположительных и грамотрицательных бактерий, грибков и простейших (Soravia et al., 1988; Zasloff et al., 1988). Далее были химически синтезированы различные производные магейнинов с повышенной антимикробной активностью, среди которых наиболее известен пептид MSI-78 (Bessalle et al., 1992). Его антимикробные свойства усилены за счет введения в структуру пептида четырех дополнительных остатков лизина. Кроме магейнинов из

Кагейнин 1 Магейнин 2 MSI-78 БомСинин 2

Бомбинин-родственный пептид 1 Бомбинин-родственный пептид 2 Бомбинин-родственный пептид 3 БомСинин-родственный пептид 4 БомСинин-родственный пептид 5 БомСинин-родственный пептид 6 БомСинин-лодоСный пептид 1 (BLP-1) БомОинин-лодоОный пептид 2 (BLP-2) БомСинин-подоСный пептид 3 (BLP-3) БомСинин-лодоСный пептид 4 (BLP-4)

Фрагмент предшественника ксенопсина (ХРР) PGLa

Фрагмент предшественника левитида (LPF) Фрагмент 1 предшественника иерулеина (CPF-1)

Фрагмент 2 предшественника иерулеина (CPF-2)

Фрагмент 3 предшественника иерулеина (CPF-3)

Фрагмент 4 предшественника иерулеина (CPF-4)

Фрагмент 5 предшественника иерулеина (CPF-5)

Фрагмент б предшественника иерулеина (CPF-6)

Фрагмент 7 предшественника иерулеина (CPF-7)

Фрагмент 8 предшественника иерулеина (CPF-8)

Фрагмент 9 предшественника иерулеина (CPF-9)

Рис.

25. Первичные структуры антибактериальных пептидов лягушек. Консервативные аминокислотные остатки отмечены жирным шрифтом. Звездочкой (*) помечены амидированные С-концсвыс аминокислоты.

кожи лягушки Xenopus laevis выделены антимикробные пептиды PGLa, девять фрагментов предшественников церулеина, фрагмент предшественника ксинопсина (рис. 25). Интересно, что часть этих пептидов была обнаружена и в эпителии желудка шпорцевой лягушки (Moore et al., 1991). Это дополнительное свидетельство того, что катионные антимикробные пептиды (магейнины, дефен- сины, цекропины) встречаются в морфологических образованиях организма, пограничных к инфекции. Неожиданным оказался результат поиска магейниноподобных пептидов в коже у других представителей бесхвостых амфибий. Из секрета кожи азиатской жабы Bombina orientalis был выделен антимикробный пептид бом- бинин (Gibson et al., 1991), хотя и имеющий в N-концевом участке молекулы определенное сходство с магейнином-2 (рис. 25), но в целом отличный от последнего по первичной структуре.

Возвращаясь к цитотоксическому действию магейнинов, необходимо отметить, что будучи эффективными антимикробными агентами (антибактериальное, фунгицидное и антипротозойное действие) эти пептиды не лизируют эритроциты и лимфоциты (Cruciani et al., 1991). Однако к их литическому действию оказались повышенно чувствительны трансформированные (опухолевые) клетки. Причины определенной селективности в проявлении цитотоксичности магейнинов лежат, скорее всего, в наборе липидных молекул мембран клеток-мишеней. Являясь положительно-заряженными амфипатическими молекулами, магейнины проявляют повышенное сродство к взаимодействию со структурами заряженными отрицательно. Именно цитоплазматические мембраны бактерий обогащены анионными фосфолипидами (фосфа- тидилглицерин, кардиолипин), что и делает, в частности, эти объекты эффективной мишенью для положительно заряженных пептидных антибиотиков, в том числе и магейнинов.

Магейнин является линейной катионной молекулой при взаимодействии с мембраной мишенью, принимающей структуру амфипатической а-спирали подобно другим антимикробным пептидам кожи лягушки Xenopus laevis (Bevins, Zasloff, 1990).

В настоящее время получены разнообразные структурные аналоги магейнина-2 с целью оценки значимости тех или иных аминокислотных остатков в реализации антимикробных свойств пептида. Пептиды, лишенные трех аминокислотных остатков в N-концевой области молекулы магейнина, сохраняют антимикробную активность в отношении Е. coli, хотя и в некоторой степени сниженную. Удаление же четвертого аминокислотного остатка лизина (К) в N-концевой области молекулы приводит к резкому снижению (почти на два порядка) антимикробной активности подобных молекул (Zasloff et al., 1988). Дополнительное удаление остатков FLH лишает подобный пептид какой-либо антимикробной активности. Интересно, что замена глицина в 13-м положении на аланин, увеличивающая процент а-спиральной структуры молекулы в водных растворах, приводит к усилению антимикробной активности производного магейнина, особенно в отношении Р. aeruginosa и S. aureus. Однако при этом возрастает и нежелательная гемолитическая активность такого пептида (Chen et al., 1988). Амидирование С-концевой аминокислоты повышает антимикробную активность природного магейнина-2 и его разнообразных структурных аналогов (Cuervo et al., 1988). Удаление остатка глутаминовой кислоты в 19-м положении усиливает антимикробные свойства магейнина-2, не влияя на его гемолитическую активность. Повышение основности природных молекул магейнина-2 за счет замещения в его структуре некоторых аминокислотных остатков аминокислотой лизином, существенно усилило антимикробные свойства подобных химически

синтезированных молекул (Maloy, Kari, 1995), что позволило фармацевтической фирме по разработке новых антибиотических препаратов на основе магейнина (Magainin Pharmaceuticals Inc.) создать пептид MSI-78, проходящий клинические испытания на пациентах больных диабетом с инфицированными язвами стопы ног. Этот пептид оказался эффективным против устойчивых к метициллину S. aureus и S. epidermidis, а также гентамицин- устойчивого штамма Р. aeruginosa. В испытаниях in vitro с использованием S.

aureus в качестве тест-микроба не выявлено формирования у бактерий резистентности к пептиду MSI-78, что делает его перспективным для наружного применения в кожных клиниках. Энантиомерный пептид MSI-78, синтезированный из D-аминокислот, характеризуется устойчивостью к действию протеаз, а потому после необходимых дополнительных исследований на токсичность, может быть рекомендован для использования в медицинской и ветеринарной практике для борьбы с кожной инфекцией.

В водных растворах магейнин не имеет упорядоченной вторичной структуры. Однако после адсорбции на мембранах и плоских липидных бислоях пептид приобретает структуру амфи- патической а-спирали (Matsuzaki et al., 1989), одна поверхность которой обогащена остатками гидрофобных аминокислот с липофильными боковыми группами, а другая — гидрофильными, среди которых доминирует основная аминокислота лизин. После сорбции на мембранах-мишенях молекулы магейнина располагают параллельно их поверхности. По-видимому, сами по себе отдельные молекулы магейнина не способны дезорганизовать упорядоченную структуру липидных мембран, они для этого слишком коротки. При повышении концентрации пептидов в среде усиливающей гидрофобные взаимодействия его отдельные молекулы ассоциируют спонтанно с образованием нитеподобных структур высшего порядка, уже способных перфорировать мембраны (Westerhoff et al., 1989).

По-видимому, магейнин образует в мембране клетки-мишени разнообразные по параметрам отверстия (поры), через которые происходит вытекание наружу жизненно важных низкомолекулярных соединений и ионов. Нарушение ионной асимметрии между клеткой и средой приводит к рассеиванию мембранного потенциала, деполяризации клетки (Westerhoff et al., 1989), что резко снижает ее жизнеспособность. При этом нарушение барьерной, осморегулирующей и транспортной функций цитоплазматической мембраны клеток-мишеней приводит к их гибели. Повышенное содержание кислых фосфолипидов во внешнем листке липидного бислоя бактериальных мембран способствует реализации антимикробных свойств магейнина. Распознавание пептидом «чужих» молекул в оболочке бактерий базируется на повышенном сродстве его катионных групп к фосфатным остаткам фосфолипидов мембран. Присутствие в мембранах эукариотических клеток холестерина, наоборот, снижает аффинитет магейни- на к липидным мембранам собственных клеток макроорганизма, что, по-видимому, немаловажно в очагах воспаления (Williams et al., 1990). Антимикробное действие также эффективно осуществляет химически синтезированный аналог магейнина из D-аминокислот (D-энантиомер магейнина). Это свидетельствует о том, что стереохимические свойства пептидов в анализируемом процессе не играют заметной роли, как это имеет место при лигандрецепторных и субстрат-ферментных взаимодействиях (Wade et al., 1990).

Магейнины и другие физиологически активные пептиды (PGLa и фрагменты-предшественники церулеина, ксенопсина и левитида) продуцируются гранулярными железами кожи шпорцевой лягушки Xenopus laevis. Эти железы являются нейроэпителиальными структурами, сходными с нейроэндокринными клетками млекопитающих (Bevins, Zasloff, 1990). Они присутствуют не только в дорсальной и вентральной областях кожи, но и в эпителии пищеварительного тракта лягушки (Moore et al., 1991, 1992). В этой области они соответствуют по функциям, скорее всего, клеткам Панета млекопитающих, продуцирующих антибиотические пептиды — дефенсины (OuIIette et al., 1989; Jones, Bevins, 1992).

Дефенсины, кателицидины, магейнины, секропины и другие катионные пептиды фагоцитов и барьерных систем у животных и человека благодаря особенностям структуры выступают эффективными антимикробными агентами, в значительной степени определяющими завершенность фагоцитоза и обеспечивающими инактивацию микроорганизмов на уровне клеточно-тканевых образований, пограничных к инфекции (входные ворота инфекции). Наряду с этой активностью антибиотические пептиды, как установлено в результате многочисленных исследований, могут проявлять и другие функциональные свойства, важные в реализации защитно-приспособительных реакций организма как при инфекции, так и воздействии других неблагоприятных факторов окружающей среды.

<< | >>
Источник: Кокряков В. Н.. Очерки о врожденном иммунитете. — СПб.: Наука,2006.—261 с.. 2006

Еще по теме Магейнины:

  1. Коллектив авторов. Медицинская помощь на судах, 2002. — 111 с., 2002
  2. ГЛАВА 1 ОРГАНИЗАЦИЯ ПЕРВОЙ МЕДИЦИНСКОЙ ПОМОЩИ НА СУДАХ
  3. ГЛАВА 2 ОСНОВЫ АНАТОМИИ И ФИЗИОЛОГИИ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА
  4. 2.1. ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ
  5. 2.2. СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТАЯ СИСТЕМА
  6. 2.3. СИСТЕМА ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ
  7. 2.4. ПИЩЕВАРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
  8. 2.5.  СИСТЕМА МОЧЕВЫДЕЛЕНИЯ
  9. 2.6.  СИСТЕМА ПОЛОВЫХ ОРГАНОВ
  10. 2.7.  НЕРВНАЯ СИСТЕМА
  11. 2.8.  ОРГАНЫ ЧУВСТВ
  12. 2.9.  КОЖА
  13. ГЛАВА 3 ПЕРВАЯ ПОМОЩЬ ПРИ НЕСЧАСТНЫХ СЛУЧАЯХ
  14. 3.1.  ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ОКАЗАНИЯ ПЕРВОЙ ПОМОЩИ
  15. 3.2.  АСЕПТИКА И АНТИСЕПТИКА
  16. 3.3 РАНЫ
  17. 3.4. ЛЕЧЕНИЕ РАН
  18. 3.5. ПРАВИЛА НАЛОЖЕНИЯ ПОВЯЗОК