Laktoferin - Lactoferrin

LTF
Lactoferrin.png
Dostupné struktury
PDB Hledání ortologů : PDBe RCSB
Identifikátory
Přezdívky LTF , GIG12, HEL110, HLF2, LF, laktotransferrin
Externí ID OMIM : 150210 MGI : 96837 HomoloGene : 1754 GeneCards : LTF
Ortology
Druh Člověk Myš
Entrez
Ensembl
UniProt
RefSeq (mRNA)

NM_002343
NM_001199149
NM_001321121
NM_001321122

NM_008522

RefSeq (protein)

NP_001186078
NP_001308050
NP_001308051
NP_002334

NP_032548

Umístění (UCSC) Chr 3: 46,44 - 46,49 Mb Chr 9: 111,02 - 111,04 Mb
Hledání PubMed
Wikidata
Zobrazit/upravit člověka Zobrazit/upravit myš

Lactoferrin ( LF ), také známý jako laktotransferrin ( LTF ), je multifunkční protein z rodiny transferinů . Lactoferrin je globulární glykoprotein s molekulovou hmotností asi 80 kDa, který je široce zastoupen v různých sekrečních tekutinách, jako je mléko , sliny , slzy a nosní sekrety . Laktoferrin je také přítomen v sekundárních granulích PMN a je vylučován některými acinárními buňkami . Laktoferrin může být čištěn z mléka nebo produkován rekombinantně . Nejvyšší koncentraci má lidské mlezivo ( „první mléko“ ), následuje lidské mléko a poté kravské mléko (150 mg/l).

Laktoferrin je jednou ze složek imunitního systému těla; má antimikrobiální aktivitu ( bakteriocid , fungicid ) a je součástí vrozené obrany, hlavně na sliznicích. Zejména laktoferin poskytuje antibakteriální aktivitu lidským kojencům. Lactoferrin interaguje s DNA a RNA , polysacharidy a heparinem a ukazuje některé ze svých biologických funkcí v komplexech s těmito ligandy .

Dějiny

Výskyt červené bílkoviny obsahující železo v hovězím mléce byl hlášen již v roce 1939; protein však nemohl být řádně charakterizován, protože jej nebylo možné extrahovat s dostatečnou čistotou. Jeho první podrobné studie byly zaznamenány kolem roku 1960. Dokumentovaly molekulovou hmotnost, izoelektrický bod , optická absorpční spektra a přítomnost dvou atomů železa na molekulu proteinu. Protein byl extrahován z mléka, obsahoval železo a byl strukturálně a chemicky podobný sérovému transferinu . Proto byl v roce 1961 pojmenován laktoferin, ačkoli název laktotransferrin byl použit v některých dřívějších publikacích a pozdější studie ukázaly, že protein není omezen na mléko. Antibakteriální účinek laktoferinu byl také dokumentován v roce 1961 a byl spojen s jeho schopností vázat železo.

Struktura

Geny laktoferinu

U 11 druhů savců bylo charakterizováno nejméně 60 genových sekvencí laktoferinu. U většiny druhů je stop kodonem TAA a TGA v Mus musculus . Delece, inzerce a mutace stop kodonů ovlivňují kódující část a její délka se pohybuje mezi 2 055 a 2 190 nukleotidovými páry. Genový polymorfismus mezi druhy je mnohem rozmanitější než vnitrodruhový polymorfismus laktoferinu. Existují rozdíly v sekvencích aminokyselin: 8 u Homo sapiens , 6 u Mus musculus , 6 u Capra hircus , 10 u Bos taurus a 20 u Sus scrofa . Tato variace může naznačovat funkční rozdíly mezi různými typy laktoferinu.

U lidí je laktoferrinový gen LTF lokalizován na třetím chromozomu v lokusu 3q21-q23. U volů se kódující sekvence skládá ze 17 exonů a má délku asi 34 500 párů nukleotidů . Exony laktoferrinového genu ve volích mají podobnou velikost jako exony jiných genů rodiny transferinů , zatímco velikosti intronů se v rámci rodiny liší. Podobnost ve velikosti exonů a jejich distribuce v doménách molekuly proteinu naznačuje, že k evolučnímu vývoji genu laktoferinu došlo duplikací. Studium polymorfismu genů, které kódují laktoferin, pomáhá při výběru plemen hospodářských zvířat, která jsou odolná vůči mastitidě .

Molekulární struktura

Lactoferrin je jedním z proteinů transferinu, které přenášejí železo do buněk a kontrolují hladinu volného železa v krvi a vnější sekreci. Je přítomen v mléce lidí a jiných savců, v krevní plazmě a neutrofilech a je jedním z hlavních proteinů prakticky všech exokrinních sekrecí savců, jako jsou sliny , žluč , slzy a pankreas . Koncentrace laktoferinu v mléce se pohybuje od 7 g/l v mlezivu do 1 g/l ve zralém mléce.

Rentgenová difrakce ukazuje, že laktoferin je založen na jednom polypeptidovém řetězci, který obsahuje asi 700 aminokyselin a tvoří dvě homologní globulární domény pojmenované N- a C-laloky. N-lalok odpovídá aminokyselinovým zbytkům 1–333 a C-lalok 345–692 a konce těchto domén jsou spojeny krátkou a-šroubovicí. Každý lalok se skládá ze dvou subdomén, N1, N2 a C1, C2, a obsahuje jedno vazebné místo pro železo a jedno glykosylační místo. Stupeň glykosylace proteinu může být odlišný, a proto se molekulová hmotnost laktoferinu pohybuje mezi 76 a 80 kDa. Stabilita laktoferinu je spojena s vysokým stupněm glykosylace.

Laktoferrin patří k základním proteinům, jeho izoelektrický bod je 8,7. Existuje ve dvou formách: hololaktoferin bohatý na železo a apolaktoferin bez železa. Jejich terciární struktury jsou různé; apolaktoferin je charakterizován "otevřenou" konformací N-laloku a "uzavřenou" konformací C-laloku a oba laloky jsou uzavřeny v hololaktoferinu.

Každá molekula laktoferinu může reverzibilně vázat dva ionty železa, zinku , mědi nebo jiných kovů. Vazebná místa jsou lokalizována v každém ze dvou proteinových globulí. Tam je každý iont spojen se šesti ligandy: čtyřmi z polypeptidového řetězce (dva tyrosinové zbytky, jeden histidinový zbytek a jeden zbytek kyseliny asparagové ) a dva z iontů uhličitanu nebo bikarbonátu .

Laktoferrin tvoří se železem načervenalý komplex; jeho afinita k železu je 300krát vyšší než u transferinu . Afinita se zvyšuje ve slabě kyselém prostředí. To usnadňuje přenos železa z transferinu na laktoferrin během zánětů , kdy se pH tkání snižuje v důsledku akumulace mléčných a jiných kyselin. Koncentrace nasyceného železa v laktoferinu v lidském mléce se odhaduje na 10 až 30% (100% odpovídá všem molekulám laktoferinu obsahujícím 2 atomy železa). Je prokázáno, že laktoferin se podílí nejen na transportu železa, zinku a mědi, ale také na regulaci jejich příjmu. Přítomnost volných iontů zinku a mědi neovlivňuje schopnost laktoferinu vázat železo a může jej dokonce zvýšit.

Polymerní formy

V krevní plazmě i v sekrečních tekutinách může laktoferin existovat v různých polymerních formách od monomerů po tetramery . Laktoferrin má tendenci polymerovat in vitro i in vivo , zejména při vysokých koncentracích. Několik autorů zjistilo, že dominantní formou laktoferinu ve fyziologických podmínkách je tetramer s poměrem monomer: tetramer 1: 4 při koncentracích proteinů 10-5 M.

Navrhuje se, aby stav oligomerů laktoferinu byl určen jeho koncentrací a že polymerace laktoferinu je silně ovlivněna přítomností iontů Ca2 + . Zejména monomery byly dominantní v koncentracích pod 10 -10 -10 -11 M v přítomnosti Ca 2+ , ale převede na tetramerů v koncentracích nad 10 laktoferin -9 -10 -10 M. titru laktoferinu v krvi odpovídá na tuto konkrétní „přechodovou koncentraci“ a tedy laktoferin v krvi by měl být prezentován jak jako monomer, tak jako tetramer. Mnoho funkčních vlastností laktoferinu závisí na jeho oligomerním stavu. Zejména monomerní, ale ne tetramerní laktoferrin se může silně vázat na DNA.

Funkce

Lactoferrin patří k vrozenému imunitnímu systému . Kromě své hlavní biologické funkce, totiž vazby a transportu iontů železa, má laktoferin také antibakteriální, antivirové, antiparazitické , katalytické, protirakovinné a antialergické funkce a vlastnosti.

Enzymatická aktivita laktoferinu

Lactoferrin hydrolyzuje RNA a vykazuje vlastnosti sekrečních ribonukleáz specifických pro pyrimidin . Zejména zničením genomu RNA mléčná RNáza inhibuje reverzní transkripci retrovirů, které u myší způsobují rakovinu prsu . Parsi ženy v západní Indii mají hladinu RNázy mléka výrazně nižší než v jiných skupinách a jejich rakovina prsu je třikrát vyšší než průměr. Tak, ribonukleázy mléka a laktoferin zejména může hrát důležitou roli v patogenezi .

Laktoferrinový receptor

Receptor laktoferin hraje důležitou roli v internalizace laktoferinu; také usnadňuje absorpci iontů železa laktoferinem. Bylo prokázáno, že genová exprese se zvyšuje s věkem v duodenu a klesá v jejunu . Bylo ukázáno, že glykolytický enzym glyceraldehyd-3-fosfát dehydrogenáza ( GAPDH ) osvětlující měsíc funguje jako receptor pro laktoferrin.

Kostní aktivita

Laktoferrin obohacený ribonukleázou byl použit ke zkoumání toho, jak laktoferin ovlivňuje kost. Laktoferrin prokázal pozitivní účinky na kostní obrat. Pomohl snížit resorpci kosti a zvýšit tvorbu kosti. To bylo indikováno snížením hladin dvou markerů kostní resorpce ( deoxypyridinolin a N-telopeptid ) a zvýšením hladin dvou markerů tvorby kostí ( osteokalcin a alkalická fosfatáza ). Má sníženou tvorbu osteoklastů , což znamená snížení prozánětlivých reakcí a zvýšení protizánětlivých reakcí, což naznačuje také snížení resorpce kosti.

Interakce s nukleovými kyselinami

Jednou z důležitých vlastností laktoferinu je jeho schopnost vázat se na nukleové kyseliny. Frakce proteinu extrahovaného z mléka obsahuje 3,3% RNA, ale protein se výhodně váže spíše na dvouvláknovou DNA než na jednovláknovou DNA. Schopnost laktoferinu vázat DNA se využívá k jeho izolaci a čištění pomocí afinitní chromatografie se sloupci obsahujícími imobilizované sorbenty obsahující DNA , jako je agaróza s imobilizovanou jednovláknovou DNA.

Klinický význam

Lactoferrin je protein nacházející se v imunitním systému a je běžnou obranou proti bakteriálním infekcím, kterých je schopen dosáhnout vazbou na železo s vyšší afinitou než většina proteinů.
Jsou znázorněny laktoferin (větší protein) a siderofor buňky E. Coli (menší protein). Lactoferrin je protein nacházející se v imunitním systému a je běžnou obranou proti bakteriálním infekcím, kterých je schopen dosáhnout vazbou na železo s vyšší afinitou než většina proteinů.

Antibakteriální aktivita

Primární úlohou laktoferinu je sekvestrovat volné železo a přitom odstranit nezbytný substrát potřebný pro růst bakterií. Antibakteriální působení laktoferinu je také vysvětleno přítomností specifických receptorů na povrchu buněk mikroorganismů. Laktoferrin se váže na lipopolysacharid bakteriálních stěn a oxidovaná železná část laktoferinu oxiduje bakterie tvorbou peroxidů . To ovlivňuje propustnost membrány a vede k rozpadu buněk ( lýze ).

Ačkoli laktoferin má také jiné antibakteriální mechanismy, které se železem nesouvisí, jako je stimulace fagocytózy, interakce s vnější bakteriální membránou popsanou výše je nejdominantnější a nejvíce studovaná. Lactoferrin nejen narušuje membránu, ale dokonce proniká do buňky. Jeho vazba na stěnu bakterií je spojena se specifickým peptidem laktoferricinem , který se nachází v N-laloku laktoferinu a je produkován in vitro štěpením laktoferinu s jiným proteinem, trypsinem . Mechanismus antimikrobiálního účinku laktoferinu byl popsán, protože laktoferin cílí na H + -ATPázu a interferuje s translokací protonů v buněčné membráně, což má za následek smrtící účinek in vitro .

Lactoferrin zabraňuje přichycení H. pylori v žaludku, což zase pomáhá snižovat poruchy trávicího systému. Hovězí laktoferrin má větší aktivitu proti H. pylori než lidský laktoferrin.

Antivirová aktivita

Lactoferrin v dostatečné síle působí na širokou škálu lidských a zvířecích virů založených na genomech DNA a RNA , včetně viru herpes simplex 1 a 2, cytomegaloviru , HIV , viru hepatitidy C , hantavirů , rotavirů , polioviru typu 1, lidského respiračního syncyciálního viru , viry myší leukémie a virus Mayaro . Aktivita proti COVID-19 byla spekulována, ale nebyla prokázána.

Nejstudovanějším mechanismem antivirové aktivity laktoferinu je jeho odklon virových částic od cílových buněk. Mnoho virů má tendenci vázat se na lipoproteiny buněčných membrán a poté proniknout do buňky. Lactoferrin se váže na stejné lipoproteiny, čímž odpuzuje virové částice. Apolaktoferin bez železa je v této funkci účinnější než hololaktoferin; a laktoferricin, který je zodpovědný za antimikrobiální vlastnosti laktoferinu, nevykazuje téměř žádnou antivirovou aktivitu.

Kromě interakce s buněčnou membránou se laktoferin také přímo váže na virové částice, jako jsou viry hepatitidy . Tento mechanismus je také potvrzen antivirovou aktivitou laktoferinu proti rotavirům, které působí na různé typy buněk.

Laktoferrin také potlačuje replikaci viru poté, co virus pronikl do buňky. Takového nepřímého antivirového účinku je dosaženo ovlivněním přirozených zabíječských buněk , granulocytů a makrofágů - buněk, které hrají zásadní roli v počátečních stádiích virových infekcí, jako je závažný akutní respirační syndrom (SARS).

Antifungální aktivita

Lactoferrin a laktoferricin inhibují in vitro růst Trichophyton mentagrophytes , které jsou zodpovědné za několik kožních onemocnění, jako je kožní onemocnění . Lactoferrin také působí proti Candida albicans - diploidní houbě (forma kvasinek ), která u lidí způsobuje oportunní orální a genitální infekce. Fluconazol se již dlouho používá proti Candida albicans , což vedlo ke vzniku kmenů rezistentních na toto léčivo. Kombinace laktoferinu s flukonazolem však může působit proti kmenům Candida albicans rezistentním na flukonazol i proti jiným druhům Candida : C. glabrata, C. krusei, C. parapsilosis a C. tropicalis . Antifungální aktivita je pozorována při sekvenční inkubaci Candidy s laktoferinem a poté s flukonazolem, ale ne naopak. Antifungální aktivita laktoferricinu převyšuje aktivitu laktoferinu. Zejména syntetický peptid 1–11 laktoferricin vykazuje mnohem větší aktivitu proti Candida albicans než nativní laktoferricin.

Podávání laktoferinu prostřednictvím pitné vody myším s oslabeným imunitním systémem a příznaky aftů snížilo počet kmenů Candida albicans v ústech a velikost poškozených oblastí v jazyce. Orální podávání laktoferinu zvířatům také snížilo počet patogenních organismů v tkáních blízko gastrointestinálního traktu . Candida albicans mohla být také zcela vymýcena směsí obsahující laktoferin, lysozym a itrakonazol u HIV pozitivních pacientů, kteří byli rezistentní na jiná antifungální léčiva. Takové antifungální působení, když se jiné léky považují za neúčinné, je charakteristické pro laktoferin a je zvláště cenné pro pacienty infikované HIV. Na rozdíl od antivirového a antibakteriálního účinku laktoferinu je o mechanismu jeho antifungálního účinku známo velmi málo. Laktoferin Zdá se, že se vážou na plasmatickou membránou z C. albicans indukce apoptotickou-jako proces.

Antikarcinogenní aktivita

Protirakovinová aktivita hovězího laktoferinu (bLF) byla prokázána u experimentálních karcinogenů plic, močového měchýře, jazyka, tlustého střeva a jater na potkanech, pravděpodobně potlačením enzymů fáze I, jako je cytochrom P450 1A2 ( CYP1A2 ). Také v jiném experimentu provedeném na křečcích snížil hovězí laktoferrin výskyt rakoviny ústní dutiny o 50%. V současné době se bLF používá jako přísada do jogurtů , žvýkaček , kojenecké výživy a kosmetiky .

Cystická fibróza

Lidské plíce a sliny obsahují širokou škálu antimikrobiálních sloučenin, včetně systému laktoperoxidázy, produkujícího hypothiokyanit a laktoferin, přičemž hypothiokyanit chybí u pacientů s cystickou fibrózou . Laktoferrin, součást vrozené imunity, brání rozvoji bakteriálního biofilmu . U pacientů s cystickou fibrózou je pozorována ztráta mikrobicidní aktivity a zvýšená tvorba biofilmu v důsledku snížené aktivity laktoferinu. U cystické fibrózy může být citlivost na antibiotika modifikována laktoferinem. Tato zjištění ukazují důležitou roli laktoferinu v obraně lidského hostitele a zejména v plicích. Laktoferin s hypothiocyanite byla udělena vzácná onemocnění drog stav podle EMEA a FDA .

Nekrotizující enterokolitida

Důkazy nízké kvality naznačují, že perorální suplementace laktoferinu s přidáním probiotika nebo bez něj může snížit pozdní nástup sepse a nekrotizující enterokolitidy (stupeň II nebo III) u předčasně narozených dětí bez nežádoucích účinků.

Při diagnostice

Bylo prokázáno, že hladiny laktoferinu v slzné tekutině klesají u onemocnění suchého oka, jako je Sjögrenův syndrom . Byl vyvinut rychlý přenosný test využívající mikrofluidní technologii, který umožňuje měření hladin laktoferinu v lidské slzné tekutině v místě péče s cílem zlepšit diagnostiku Sjögrenova syndromu a dalších forem onemocnění suchého oka.

Nanotechnologie

Laktotransferrin byl použit při syntéze kvantových klastrů fluorescenčního zlata, které mají potenciální aplikace v nanotechnologiích.

Viz také

Reference

externí odkazy