Лектин - Lectin

Боковой гемагглютинин

Лектины находятся углевод переплет белки которые очень специфичны для сахара группы других молекул и, таким образом, вызывают агглютинацию определенных клеток или осаждение гликоконъюгатов и полисахаридов. Лектины играют важную роль в распознавании на клеточном и молекулярном уровне и играют многочисленные роли в явлениях биологического распознавания с участием клеток, углеводов и белков.[1][2] Лектины также опосредуют прикрепление и связывание бактерии, вирусы, и грибки к намеченным целям.

Лектины повсеместно распространены в природе и содержатся во многих продуктах питания. Некоторые продукты, такие как бобы и зерна, необходимо подвергать тепловой обработке или ферментации, чтобы снизить содержание лектина. Некоторые лектины полезны, например: CLEC11A, который способствует росту костей, в то время как другие могут быть мощными токсины Такие как рицин.[3]

Лектины могут быть отключены определенными мононуклеоз- и олигосахариды, которые связываются с проглоченными лектинами из зерен, бобовых, паслен растения и молочные продукты; связывание может предотвратить их прикрепление к углеводам внутри клеточной мембраны. Селективность лектинов означает, что они полезны для анализа группа крови, и они были исследованы на предмет потенциального использования в генно-инженерные культуры передать устойчивость к вредителям.

Этимология

Таблица основных лектинов растений [4]
Символ лектинаНазвание лектинаИсточникМотив лиганда
Манноза -связывающие лектины
ConAКонканавалин АCanavalia ensiformisα-D-маннозил и α-D-глюкозильные остатки

разветвленные альфа-маннозидные структуры (тип с высоким содержанием альфа-маннозы или гибридный тип и N-гликаны двухантенарного комплекса)

LCHЛектин чечевицыLens culinarisФукозилированная сердцевина двух- и трехантеннных комплексных N-гликанов
GNAЛектин подснежникаGalanthus nivalisα 1-3 и α 1-6 связанные высокоманнозные структуры
Галактоза / N-ацетилгалактозамин связывающие лектины
RCAРицин, Ricinus communis Agglutinin, RCA120Ricinus communisGalβ1-4GalNAcβ1-R
PNAАрахисовый агглютининАрахис гипогеяGalβ1-3GalNAcα1-Ser / Thr (Т-антиген)
AILЯкалинArtocarpus integrifolia(Sia) Galβ1-3GalNAcα1-Ser / Thr (Т-антиген)
ВВЛЛектин волосатой викиVicia villosaGalNAcα-Ser / Thr (Tn-антиген)
N-ацетилглюкозамин связывающие лектины
WGAАгглютинин зародышей пшеницы, WGATriticum vulgarisGlcNAcβ1-4GlcNAcβ1-4GlcNAc, Neu5Ac (сиаловая кислота)
N-ацетилнейраминовая кислота связывающие лектины
СНС Лектин бузиныSambucus nigraNeu5Acα2-6Gal (NAc) -R
ТЗАЛейкоагглютинин Maackia amurensisМаакия амуренсисNeu5Ac / Gcα2,3Galβ1,4Glc (NAc)
MAHГемоагглютинин Maackia amurensisМаакия амуренсисNeu5Ac / Gcα2,3Galβ1,3 (Neu5Acα2,6) GalNac
Фукоза связывающие лектины
UEAUlex europaeus agglutininUlex europaeusFucα1-2Gal-R
AALЛектин Aleuria aurantiaAleuria aurantiaFucα1-2Galβ1-4 (Fucα1-3 / 4) Galβ1-4GlcNAc,

R2-GlcNAcβ1-4 (Fucα1-6) GlcNAc-R1

Уильям С. Бойд один, а затем вместе с Элизабет Шепли[5] ввел термин «лектин» в 1954 году от латинского слова конструктор Лего- 'выбранный' (от глагола легендарный «выбрать» или «выбрать»).[6]

Биологические функции

Лектины повсеместно встречаются в природе. Они могут связывать к растворимому углеводу или к углеводу часть это часть гликопротеин или же гликолипид. Обычно они агглютинировать определенные клетки животных и / или осадок гликоконъюгаты. Большинство лектинов не обладают ферментативный Мероприятия.

An олигосахарид (показаны серым) связаны в сайте связывания лектина растений (Гриффония симплицифолистная изолектин IV в комплексе с Lewis b группа крови определитель); только часть олигосахарида (в центре, серым цветом) показана для ясности.

Животные

У животных лектины выполняют следующие функции:

  • Регулирование клеточная адгезия
  • Регулирование гликопротеин синтез
  • Регулирование уровня белка в крови
  • Связывание растворимых внеклеточных и межклеточных гликопротеинов
  • В качестве рецептора на поверхности клеток печени млекопитающих для распознавания галактоза остатки, что приводит к удалению определенных гликопротеинов из системы кровообращения
  • Как рецептор, распознающий гидролитические ферменты, содержащие манноза-6-фосфат, и направляет эти белки для доставки в лизосомы; I-клеточная болезнь это один из типов дефектов в этой конкретной системе.
  • Известно, что лектины играют важную роль в врожденной иммунная система. Лектины, такие как лектин, связывающий маннозу, помогите стать посредником первой линии защиты от вторжения микроорганизмы. Другие иммунные лектины играют роль в самоограничении и, вероятно, модулируют воспалительные и аутореактивные процессы.[7] Интелектины (Лектины X-типа) связывают микробные гликаны и также могут функционировать во врожденной иммунной системе. Лектины могут участвовать в распознавании образов и устранении патогенов во врожденном иммунитете позвоночных, включая рыб.[8]

Растения

Функция лектинов в растениях (лектин бобовых ) все еще неясно. Когда-то считалось необходимым для ризобия связывания, эта предложенная функция была исключена из-за нокаута лектина трансген исследования.[9]

Большая концентрация лектинов в семенах растений уменьшается с ростом и предполагает их роль в растении. прорастание и, возможно, в выживании самого семени. Связывание гликопротеинов на поверхности паразитарных клеток также считается функцией. Было обнаружено, что несколько лектинов растений распознают неуглеводные лиганды которые в первую очередь гидрофобный в природе, в том числе аденин, ауксины, цитокинин, и индолуксусная кислота, а также водорастворимые порфирины. Эти взаимодействия могут иметь физиологическое значение, поскольку некоторые из этих молекул функционируют как фитогормоны.[10]

Считается, что киназы лектиновых рецепторов (LecRK) распознают молекулярные паттерны, связанные с повреждениями (DAMP), которые создаются или высвобождаются в результате нападения травоядных животных. У арабидопсиса LecRKs Clade 1 бобового типа содержит 11 белков LecRK. Сообщалось, что LecRK-1.8 распознает внеклеточные молекулы НАД, а LecRK-1.9, как сообщается, распознает внеклеточные молекулы АТФ.

Бактерии и вирусы

Немного гепатит С вирусные гликопротеины могут присоединяться к Лектины С-типа на поверхности клетки-хозяина (клетки печени), чтобы инициировать инфекцию.[11] Во избежание выхода из корпуса врожденная иммунная система, патогены (например, вирус частицы и бактерии которые заражают клетки человека) часто экспрессируют поверхностные лектины, известные как адгезины и гемагглютинины которые связываются с тканеспецифическими гликаны на гликопротеинах на поверхности клетки-хозяина и гликолипиды.[12]

Использовать

В медицине и медицинских исследованиях

Очищенные лектины важны в клинических условиях, потому что они используются для определение группы крови.[13] Некоторые гликолипиды и гликопротеины в красных кровяных тельцах человека можно идентифицировать с помощью лектинов.

  • Лектин из Долихос бифлорус используется для идентификации клеток, принадлежащих к группе крови A1.
  • Лектин из Улекс европеец используется для идентификации антигена группы крови H.
  • Лектин из Vicia Graminea используется для идентификации антигена группы крови N.
  • Лектин из Иберис Амара используется для идентификации антигена группы крови М.
  • Лектин из кокосовое молоко используется для идентификации Терос антиген.
  • Лектин из Осока используется для идентификации антигена R.

В неврологии метод антероградной маркировки используется для отслеживания пути эфферент аксоны с PHA-L, лектин из фасоль.[14]

Лектин (BanLec ) из бананов тормозит ВИЧ-1 in vitro.[15]Ахилектины, выделенные из Tachypleus tridentatus, проявляют специфическую агглютинирующую активность против эритроцитов А-типа человека. Агглютинины анти-B, такие как анти-BCJ и анти-BLD, отделенные от Харибда японская и Lymantria disparсоответственно, представляют ценность как для обычного определения группы крови, так и для исследования.[16]

При изучении распознавания углеводов белками

Лектин гистохимия мышц рыб, инфицированных миксозойский

Лектины из бобовых растений, таких как PHA или же конканавалин А, широко использовались в качестве модельных систем для понимания молекулярных основ того, как белки распознают углеводы, поскольку их относительно легко получить и они имеют широкий спектр сахароспецифичности. Многие кристаллические структуры лектинов бобовых привели к детальному пониманию атомных взаимодействий между углеводами и белками.

Как биохимический инструмент

Конканавалин А и другие коммерчески доступные лектины широко используются в аффинная хроматография для очистки гликопротеинов.[17]

В общем, белки можно охарактеризовать в отношении гликоформы и углеводной структуры за счет аффинная хроматография, промокание, аффинный электрофорез, и аффинный иммуноэлектрофорез с лектинами, а также в микрочипы, как в мимолетный микроматрица лектина с полевой флуоресценцией.[18]

В биохимической войне

Одним из примеров мощных биологических свойств лектинов является боевой биохимический агент. рицин. Белок рицин выделен из семян касторовое масло и состоит из двух белковые домены. Абрин от горох похож:

  • Один домен - это лектин, который связывает галактозильные остатки на клеточной поверхности и позволяет белку проникать в клетки.
  • Второй домен - это N-гликозидаза который отщепляет азотистые основания от рибосомной РНК, что приводит к ингибированию синтеза белка и гибели клеток.

Диетический лектин

Лейкоагглютинин - токсичный фитогемагглютинин найдено в сыром виде Vicia faba (фасоль фава).

Лектины распространены в природе повсеместно, и многие продукты содержат белки. Некоторые лектины могут быть вредными, если их неправильно приготовить или потреблять в больших количествах. Лектины наиболее эффективны в сыром виде: кипячение, тушение или замачивание в воде в течение нескольких часов может сделать большинство лектинов неактивными. Но приготовление сырых бобов на медленном огне, например, в Мультиварка, не удалит все лектины.[19] Тем не менее, самые долгоживущие и самые здоровые люди в мире, как правило, питаются в основном растительной диетой, которая часто включает в себя в изобилии лектины.[20]

Некоторые люди предлагали диеты, не содержащие лектинов, в основном на основе написания Стивен Гандри. Типичная диета без лектинов исключает ряд продуктов, включая большинство злаков, бобовых и бобовых, а также яйца, морепродукты и многие основные фрукты и овощи. Однако утверждения Гандри считаются псевдонаукой, и его книга «цитирует» исследования, которые либо не имеют ничего общего с лектинами, либо даже показывают, что отказ от пшеницы, ячменя и ржи приводит к появлению менее полезных и более вредных бактерий, вопреки его рекомендациям![21][22] Если серьезно, у Гандри есть конфликт интересов, потому что он продает добавки, которые якобы защищают от воздействия лектинов. В одном рекламном ролике, который длился почти час, он заявил, что запасы на исходе, и сказал зрителям действовать немедленно и заказывать столько, сколько они могут хранить. Необходимость добавок также является решающим аргументом в его книге, в которой он пишет: «Получить все необходимые питательные вещества без добавок просто невозможно».[23]

Некоторые исследования показали, что лектины могут мешать усвоению некоторых минералов, таких как кальций, утюг, фосфор и цинк. Связывание лектинов с клетками пищеварительного тракта может нарушить расщепление и усвоение некоторых питательных веществ, а поскольку они связываются с клетками в течение длительного времени, некоторые теории утверждают, что они могут играть роль в определенных воспалительный такие условия как ревматоидный артрит и Тип 1 сахарный диабет. Однако исследования, подтверждающие утверждения о долгосрочном воздействии на здоровье людей, ограничены, и большинство существующих исследований сосредоточено на развивающихся странах, где недоедание может быть фактором или выбор диеты ограничен иным образом.[19]

Токсичность

Лектины являются одним из многих токсичных компонентов многих сырых растений, которые инактивируются надлежащей обработкой и подготовкой (например, тепловой обработкой, ферментацией).[24] Например, сырые фасоль естественно содержат токсичные уровни лектина (например, фитогемагглютинина). Побочные эффекты могут включать: дефицит питательных веществ, и невосприимчивый (аллергический ) реакции.[25]

Гемагглютинация

Лектины считаются основным семейством белков. антинутриенты, которые представляют собой специфические сахаросвязывающие белки, проявляющие обратимую активность связывания углеводов.[26] Лектины похожи на антитела в их способности агглютинировать красные кровяные тельца.[27]

Было доказано, что многие семена бобовых содержат высокую лектиновую активность, называемую гемагглютинацией.[28] Соя является самой важной зерновой бобовой культурой в этой категории. Его семена содержат высокую активность лектинов сои (соевый агглютинин или SBA).

История

Задолго до более глубокого понимания их многочисленных биологических функций растительные лектины, также известные как фитогемагглютинины, были отмечены своей особенно высокой специфичностью к чужеродным веществам. гликоконъюгаты (например, те из грибы, беспозвоночные и животные)[29] и используется в биомедицине для тестирования клеток крови и в биохимии для фракционирование.[нужна цитата ]

Хотя они были впервые обнаружены более 100 лет назад в растениях, теперь известно, что лектины присутствуют в природе. Считается, что самое раннее описание лектина было дано Питер Герман Стиллмарк в его докторской диссертации, представленной в 1888 г. Дерптский университет. Стиллмарк выделил рицин, чрезвычайно токсичный гемагглютинин, из семян клещевины (Ricinus communis).

Первым лектином, который был очищен в больших масштабах и доступен на коммерческой основе, был конканавалин А, который в настоящее время является наиболее часто используемым лектином для характеристики и очистки сахаросодержащих молекул и клеточных структур. В лектины бобовых вероятно, наиболее изученные лектины.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ УРС Рутисхаузер и Лео Сакс (1 мая 1975 г.). «Связывание от клетки к клетке, индуцированное различными лектинами». Журнал клеточной биологии. 65 (2): 247–257. Дои:10.1083 / jcb.65.2.247. ЧВК  2109424. PMID  805150.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  2. ^ Бруднер, Мэтью; Карпель, Маршалл; Лир, Калли; Чен, Ли; Янтоска, Л. Майкл; Скалли, Коринн; Сарраджу, Ашиш; Соколовская, Анна; Зариффард, М. Реза; Eisen, Damon P .; и другие. (2 апреля 2013 г.). Шнайдер, Брэдли С. (ред.). «Лектин-зависимое усиление инфекции вирусом Эбола через растворимые и трансмембранные лектиновые рецепторы С-типа». PLOS ONE. 8 (4): e60838. Bibcode:2013PLoSO ... 860838B. Дои:10.1371 / journal.pone.0060838. ЧВК  3614905. PMID  23573288.
  3. ^ Чан, Чарльз К.Ф.; Рэнсом, Райан С; Лонгакер, Майкл Т (13 декабря 2016 г.). «Лектины приносят пользу костям». eLife. 5. Дои:10.7554 / eLife.22926. ЧВК  5154756. PMID  27960074.
  4. ^ «Лектиновый список» (PDF). Интерхим. 2010 г.. Получено 2010-05-05.
  5. ^ Boyd, W.C .; Шепли, Э. (1954). «Удельная осаждающая активность агглютининов (лектинов) растений». Наука. 119 (3091): 419. Bibcode:1954Научный ... 119..419B. Дои:10.1126 / science.119.3091.419. PMID  17842730.
  6. ^ Уокер, Р. (2007). «Использование лектинов в гистопатологии». Гистопатология. 9 (10): 1121–1124. Дои:10.1111 / j.1365-2559.1985.tb02790.x. PMID  4085980. S2CID  24989148.
  7. ^ Маверакис Э., Ким К., Шимода М., Гершвин М., Патель Ф., Уилкен Р., Райчаудхури С., Рухак Л. Р., Лебрилла CB (2015). "Гликаны в иммунной системе и измененная теория аутоиммунитета гликанов". J Аутоиммунный. 57 (6): 1–13. Дои:10.1016 / j.jaut.2014.12.002. ЧВК  4340844. PMID  25578468.
  8. ^ Арасу, Абирами; Кумаресан, Венкатеш; Сатьямурти, Акила; Паланисами, Раджеш; Прабха, Нагарам; Бхатт, Прасант; Рой, Арпита; Тирумалай, Мутукумаресан Куппусами; Gnanam, Annie J .; Пасупулети, Мукеш; Маримуту, Каси; Арокиарадж, Хесу (2013). «Лектин-1 типа рыбьей лилии содержит структуру β-призмы: иммунологическая характеристика». Молекулярная иммунология. 56 (4): 497–506. Дои:10.1016 / j.molimm.2013.06.020. PMID  23911406.
  9. ^ Oldroyd, Giles E.D .; Дауни, Дж. Аллан (2008). «Координация морфогенеза клубеньков с ризобиальной инфекцией в бобовых». Ежегодный обзор биологии растений. 59: 519–46. Дои:10.1146 / annurev.arplant.59.032607.092839. PMID  18444906.
  10. ^ Komath SS, Kavitha M, Swamy MJ (март 2006 г.). «Помимо связывания углеводов: новые направления в исследовании лектинов растений». Орг. Biomol. Chem. 4 (6): 973–88. Дои:10.1039 / b515446d. PMID  16525538.
  11. ^ Р. Бартеншлагер, С. Спарацио (2007). «Молекулярные клоны вируса гепатита С и их способность к репликации in vivo и в культуре клеток». Вирусные исследования. 127 (2): 195–207. Дои:10.1016 / j.virusres.2007.02.022. PMID  17428568.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  12. ^ Сото, GE; Халтгрен, SJ (1999). «Бактериальные адгезины: общие темы и вариации в архитектуре и сборке». J Бактериол. 181 (4): 1059–1071. Дои:10.1128 / JB.181.4.1059-1071.1999. ЧВК  93481. PMID  9973330.
  13. ^ Sharon, N .; Лис, H (2004). «История лектинов: от гемагглютининов до молекул биологического распознавания». Гликобиология. 14 (11): 53R – 62R. Дои:10.1093 / glycob / cwh122. PMID  15229195.
  14. ^ Карлсон, Нил Р. (2007). Физиология поведения. Бостон: Пирсон Аллин и Бэкон. ISBN  978-0-205-46724-2.
  15. ^ Swanson, M.D .; Winter, H.C .; Goldstein, I.J .; Марковиц, Д. М. (2010). «Лектин, выделенный из бананов, является мощным ингибитором репликации ВИЧ». Журнал биологической химии. 285 (12): 8646–55. Дои:10.1074 / jbc.M109.034926. ЧВК  2838287. PMID  20080975.
  16. ^ Viswambari Devi, R .; Basilrose, M. R .; Милосердие, П. Д. (2010). «Перспектива лектинов у членистоногих». Итальянский зоологический журнал. 77 (3): 254–260. Дои:10.1080/11250003.2010.492794. S2CID  84825587.
  17. ^ «Иммобилизованный лектин». legacy.gelifesciences.com.
  18. ^ Glyco Station, Lec Chip, Технология профилирования гликанов В архиве 2010-02-23 в Wayback Machine
  19. ^ а б «Лектины». Гарвардская школа общественного здравоохранения. 2019-01-24.
  20. ^ https://www.theatlantic.com/health/archive/2017/04/the-next-gluten/523686
  21. ^ https://www.washingtonpost.com/lifestyle/wellness/going-lectin-free-is-the-latest-pseudoscience-diet-fad/2017/07/05/45382462-5b4e-11e7-a9f6-7c3296387341_story.html
  22. ^ https://nutritionstudies.org/the-plant-paradox-by-steven-grundy-md-commentary
  23. ^ https://www.theatlantic.com/health/archive/2017/04/the-next-gluten/523686
  24. ^ Тейлор, Стив (2008). «40: Пищевая токсикология (лектины: агглютинирующие клетки и сахароспецифические белки)». В Меткалфе, Дин; Сэмпсон, Хью; Саймон, Рональд (ред.). Пищевая аллергия: побочные реакции на продукты питания и пищевые добавки (4-е изд.). С. 498–507.
  25. ^ Кордайн, Лорен; Toohey, L .; Smith, M. J .; Хики, М. С. (2007). «Модуляция иммунной функции диетическими лектинами при ревматоидном артрите». Британский журнал питания. 83 (3): 207–17. Дои:10.1017 / S0007114500000271. PMID  10884708.
  26. ^ Гольдштейн, Эрвин; Хейс, Коллин (1978). Лектины: углеводы-связывающие белки растений и животных. Достижения в химии и биохимии углеводов. 35. С. 127–340. Дои:10.1016 / S0065-2318 (08) 60220-6. ISBN  9780120072354. PMID  356549.
  27. ^ Шарон, Натан; Лис, Галина (1972). «Лектины: агглютинирующие клетки и сахароспецифические белки». Наука. 177 (4053): 949–959. Bibcode:1972Научный ... 177..949С. Дои:10.1126 / science.177.4053.949. PMID  5055944.
  28. ^ Ellen, R.P .; Fillery, E.D .; Chan, K.H .; Гроув, Д.А. (1980). «Усиленный сиалидазой лектиноподобный механизм для Actinomyces viscosus и Actinomyces naeslundii Гемагглютинация ». Инфекция и иммунитет. 27 (2): 335–343. Дои:10.1128 / IAI.27.2.335-343.1980. ЧВК  550769. PMID  6769798.
  29. ^ Els. Дж. М. Ван Дамм, Вилли Дж. Пойманс, 11 Арпад Пуштаи, Сьюзан Бардоч (30 марта 1998 г.). Справочник по растительным лектинам: свойства и биомедицинское применение. Джон Вили и сыновья. С. 7–8. ISBN  978-0-471-96445-2. Получено 18 апреля 2013.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)

дальнейшее чтение

  • Галина Лис; Шэрон, Натан (2007). Лектины (Второе изд.). Берлин: Springer. ISBN  978-1-4020-6605-4.
  • Ni Y, Tizard I (1996). «Лектино-углеводное взаимодействие в иммунной системе». Вет Иммунол Иммунопатол. 55 (1–3): 205–23. Дои:10.1016 / S0165-2427 (96) 05718-2. PMID  9014318.

внешняя ссылка