Laktoferrin - Lactoferrin
Laktoferrin ( LF ), även känt som laktotransferrin ( LTF ), är ett multifunktionellt protein från transferrinfamiljen . Laktoferrin är ett globulärt glykoprotein med en molekylmassa på cirka 80 kDa som är allmänt representerad i olika sekretoriska vätskor, såsom mjölk , saliv , tårar och nässekret . Laktoferrin finns också i sekundära granulat av PMN och utsöndras av vissa acinära celler . Laktoferrin kan renas från mjölk eller produceras rekombinant . Mänsklig råmjölk ( "första mjölk" ) har den högsta koncentrationen, följt av bröstmjölk, sedan komjölk (150 mg/L).
Laktoferrin är en av komponenterna i kroppens immunsystem ; den har antimikrobiell aktivitet ( bakteriocid , fungicid ) och är en del av det medfödda försvaret, främst vid slemhinnor. I synnerhet ger laktoferrin antibakteriell aktivitet till mänskliga spädbarn. Laktoferrin interagerar med DNA och RNA , polysackarider och heparin , och visar några av dess biologiska funktioner i komplex med dessa ligander .
Historia
Förekomst av järninnehållande rött protein i nötmjölk rapporterades redan 1939; proteinet kunde emellertid inte korrekt karakteriseras eftersom det inte kunde extraheras med tillräcklig renhet. Dess första detaljerade studier rapporterades omkring 1960. De dokumenterade molekylvikten, isoelektriska punkten , optiska absorptionsspektra och närvaron av två järnatomer per proteinmolekyl. Proteinet extraherades från mjölk, innehöll järn och var strukturellt och kemiskt liknar serum transferrin . Därför fick det namnet laktoferrin 1961, även om namnet laktotransferrin användes i vissa tidigare publikationer, och senare studier visade att proteinet inte är begränsat till mjölk. Laktoferrins antibakteriella verkan dokumenterades också 1961 och var associerad med dess förmåga att binda järn.
Strukturera
Gener av laktoferrin
Minst 60 gensekvenser av laktoferrin har karakteriserats hos 11 arter av däggdjur. I de flesta arter är stoppkodon TAA och TGA i Mus musculus . Raderingar, insättningar och mutationer av stoppkodoner påverkar den kodande delen och dess längd varierar mellan 2 055 och 2 190 nukleotidpar . Genpolymorfism mellan arter är mycket mer mångsidig än laktoferrins intraspecifika polymorfism. Det finns skillnader i aminosyrasekvenser: 8 hos Homo sapiens , 6 i Mus musculus , 6 i Capra hircus , 10 i Bos taurus och 20 i Sus scrofa . Denna variation kan indikera funktionella skillnader mellan olika typer av laktoferrin.
Hos människor är laktoferrin-genen LTF belägen på den tredje kromosomen i locus 3q21-q23. I oxar består den kodande sekvensen av 17 exoner och har en längd av cirka 34 500 nukleotidpar . Exoner av laktoferrin -genen i oxar har en liknande storlek som exonerna för andra gener i transferrinfamiljen , medan storlekarna på introner skiljer sig inom familjen. Likhet i storleken på exoner och deras fördelning i proteinmolekylens domäner indikerar att den evolutionära utvecklingen av laktoferringen sker genom dubbelarbete. Studie av polymorfism av gener som kodar för laktoferrin hjälper till att välja djurraser som är resistenta mot mastit .
Molekylär struktur
Laktoferrin är ett av transferrinproteinerna som överför järn till cellerna och styr nivån av fritt järn i blodet och yttre sekret. Det finns i mjölk från människor och andra däggdjur, i blodplasma och neutrofiler och är ett av de viktigaste proteinerna i praktiskt taget alla exokrina utsöndringar av däggdjur, såsom saliv , galla , tårar och bukspottkörtel . Koncentrationen av laktoferrin i mjölken varierar från 7 g/L i råmjölken till 1 g/L i mogen mjölk.
Röntgendiffraktion avslöjar att laktoferrin är baserat på en polypeptidkedja som innehåller cirka 700 aminosyror och bildar två homologa globulära domäner som heter N-och C-lober. N-lob motsvarar aminosyraresterna 1–333 och C-lob till 345–692, och ändarna på dessa domäner är anslutna med en kort α-helix. Varje lob består av två underdomäner, N1, N2 och C1, C2, och innehåller ett järnbindningsställe och ett glykosyleringsställe . Graden av glykosylering av proteinet kan vara olika och därför varierar molekylvikten för laktoferrin mellan 76 och 80 kDa. Laktoferrinets stabilitet har associerats med den höga glykosyleringsgraden.
Laktoferrin tillhör de grundläggande proteinerna, dess isoelektriska punkt är 8,7. Det finns i två former: järnrikt hololaktoferrin och järnfritt apolaktoferrin. Deras tertiära strukturer är olika; apolaktoferrin kännetecknas av "öppen" konformation av N-loben och "sluten" konformation av C-loben, och båda loberna är stängda i hololaktoferrin.
Varje laktoferrinmolekyl kan reversibelt binda två joner av järn, zink , koppar eller andra metaller. Bindningsställena är lokaliserade i var och en av de två proteinkulorna. Där är varje jon bunden till sex ligander: fyra från polypeptidkedjan (två tyrosinrester , en histidinrest och en asparaginsyrarest ) och två från karbonat- eller bikarbonatjoner .
Laktoferrin bildar rödaktigt komplex med järn; dess affinitet för järn är 300 gånger högre än för transferrin . Affiniteten ökar i svagt surt medium. Detta underlättar överföringen av järn från transferrin till laktoferrin under inflammationer , när vävnadens pH sjunker på grund av ackumulering av mjölksyra och andra syror. Den mättade järnkoncentrationen i laktoferrin i bröstmjölk uppskattas till 10 till 30% (100% motsvarar alla laktoferrinmolekyler som innehåller 2 järnatomer). Det har visats att laktoferrin inte bara är involverat i transporten av järn, zink och koppar, utan också i regleringen av deras intag. Närvaron av lösa joner av zink och koppar påverkar inte laktoferrinets järnbindningsförmåga och kan till och med öka det.
Polymera former
Både i blodplasma och i sekretoriska vätskor kan laktoferrin existera i olika polymera former, allt från monomerer till tetramerer . Laktoferrin tenderar att polymerisera både in vitro och in vivo , särskilt vid höga koncentrationer. Flera författare fann att den dominerande formen av laktoferrin vid fysiologiska förhållanden är en tetramer, med förhållandet monomer: tetramer på 1: 4 vid proteinkoncentrationerna på 10 -5 M.
Det föreslås att laktoferrinets oligomertillstånd bestäms av dess koncentration och att polymerisation av laktoferrin påverkas starkt av närvaron av Ca2 + joner. I synnerhet var monomerer dominerande vid koncentrationer under 10 −10 −10 −11 M i närvaro av Ca 2+ , men de omvandlades till tetramerer vid laktoferrinkoncentrationer över 10 −9 −10 −10 M. Titer laktoferrin i blodet motsvarar till denna speciella "övergångskoncentration" och därmed laktoferrin i blodet bör presenteras både som en monomer och tetramer. Många funktionella egenskaper hos laktoferrin beror på dess oligomera tillstånd. I synnerhet kan monomer men inte tetramerisk laktoferrin starkt binda till DNA.
Fungera
Laktoferrin tillhör det medfödda immunsystemet . Bortsett från dess huvudsakliga biologiska funktion, nämligen bindning och transport av järnjoner, har laktoferrin också antibakteriella, antivirala, antiparasitiska , katalytiska, anti-cancer- och antiallergiska funktioner och egenskaper.
Enzymatisk aktivitet av laktoferrin
Laktoferrin hydrolyserar RNA och uppvisar egenskaperna hos pyrimidinspecifika sekretoriska ribonukleaser . I synnerhet genom att förstöra RNA -genomet hämmar mjölk -RNas omvänd transkription av retrovirus som orsakar bröstcancer hos möss. Parsi kvinnor i West Indien har mjölk RNas nivån markant lägre än i andra grupper och deras bröstcancerhastigheten är tre gånger högre än genomsnittet. Således kan ribonukleaser av mjölk, och särskilt laktoferrin, spela en viktig roll vid patogenes .
Laktoferrinreceptor
Den laktoferrin receptor spelar en viktig roll i internalisering av laktoferrin; det underlättar också absorptionen av järnjoner av laktoferrin. Det visades att genuttryck ökar med åldern i tolvfingertarmen och minskar i jejunum . Det månskenande glykolytiska enzymet glyceraldehyd-3-fosfatdehydrogenas ( GAPDH ) har visat sig fungera som en receptor för laktoferrin.
Benaktivitet
Ribonukleasberikat laktoferrin har använts för att undersöka hur laktoferrin påverkar ben. Laktoferrin har visat sig ha positiva effekter på benomsättningen. Det har hjälpt till att minska benresorptionen och öka benbildningen. Detta indikerades av en minskning av nivåerna av två benresorptionsmarkörer ( deoxipyridinolin och N-telopeptid ) och en ökning av nivåerna två benbildningsmarkörer ( osteocalcin och alkaliskt fosfatas ). Det har minskat bildandet av osteoklast , vilket innebär en minskning av proinflammatoriska svar och en ökning av antiinflammatoriska svar vilket också indikerar en minskning av benresorption.
Interaktion med nukleinsyror
En av de viktiga egenskaperna hos laktoferrin är dess förmåga att binda med nukleinsyror. Fraktionen av protein extraherat från mjölk innehåller 3,3% RNA, men proteinet binder företrädesvis till dubbelsträngat DNA snarare än enkelsträngat DNA. Laktoferrins förmåga att binda DNA används för dess isolering och rening med användning av affinitetskromatografi med kolonner som innehåller immobiliserade DNA-innehållande sorbenter , såsom agaros med det immobiliserade enkelsträngade DNA: t.
Klinisk signifikans
Antibakteriell aktivitet
Laktoferrins främsta roll är att avlägsna fritt järn och därmed avlägsna väsentligt substrat som krävs för bakterietillväxt. Laktoferrinets antibakteriella verkan förklaras också av närvaron av specifika receptorer på cellytan av mikroorganismer. Laktoferrin binder till lipopolysackarid i bakterieväggar, och den oxiderade järndelen av laktoferrin oxiderar bakterier genom bildning av peroxider . Detta påverkar membranpermeabiliteten och resulterar i cellnedbrytning ( lys ).
Även om laktoferrin också har andra antibakteriella mekanismer som inte är relaterade till järn, såsom stimulering av fagocytos, är interaktionen med det yttre bakteriella membranet som beskrivs ovan den mest dominerande och mest studerade. Laktoferrin stör inte bara membranet, utan tränger till och med in i cellen. Dess bindning till bakterieväggen är associerad med den specifika peptiden laktoferricin , som ligger vid laktoferrinets N-flik och produceras genom in vitro klyvning av laktoferrin med ett annat protein, trypsin . En mekanism för den antimikrobiella verkan av laktoferrin har rapporterats eftersom laktoferrin riktar sig mot H + -ATPas och stör protontranslokation i cellmembranet, vilket resulterar i en dödlig effekt in vitro .
Laktoferrin förhindrar fastsättning av H. pylori i magen, vilket i sin tur hjälper till att minska störningar i matsmältningssystemet. Nötkreaturlaktoferrin har mer aktivitet mot H. pylori än humant laktoferrin.
Antiviral aktivitet
Laktoferrin i tillräcklig styrka verkar på ett brett spektrum av mänskliga och animaliska virus baserade på DNA- och RNA -genomer , inklusive herpes simplexvirus 1 och 2, cytomegalovirus , HIV , hepatit C -virus , hantavirus , rotavirus , poliovirus typ 1, humant respiratoriskt syncytialvirus , murina leukemivirus och Mayaro -virus . Aktivitet mot COVID-19 har spekulerats men inte bevisats.
Den mest studerade mekanismen för laktoferrins antivirala aktivitet är dess avledning av viruspartiklar från målcellerna. Många virus tenderar att binda till cellmembranens lipoproteiner och sedan tränga in i cellen. Laktoferrin binder till samma lipoproteiner och avvisar därigenom viruspartiklarna. Järnfritt apolaktoferrin är mer effektivt i denna funktion än hololaktoferrin; och laktoferricin, som är ansvarig för laktoferrinets antimikrobiella egenskaper, visar nästan ingen antiviral aktivitet.
Förutom att interagera med cellmembranet binder laktoferrin också direkt till viruspartiklar, såsom hepatitvirus . Denna mekanism bekräftas också av laktoferrins antivirala aktivitet mot rotavirus, som verkar på olika celltyper.
Laktoferrin undertrycker också virusreplikation efter att viruset trängt in i cellen. En sådan indirekt antiviral effekt uppnås genom att påverka naturliga mördarceller , granulocyter och makrofager - celler, som spelar en avgörande roll i de tidiga stadierna av virusinfektioner, såsom allvarligt akut respiratoriskt syndrom (SARS).
Svampdödande aktivitet
Laktoferrin och laktoferricin hämmar tillväxt in vitro av Trichophyton mentagrofyter , som är ansvariga för flera hudsjukdomar som ringorm . Laktoferrin fungerar också mot Candida albicans - en diploid svamp (en form av jäst ) som orsakar opportunistiska orala och genitala infektioner hos människor. Flukonazol har länge använts mot Candida albicans , vilket resulterade i uppkomst av stammar som är resistenta mot detta läkemedel. En kombination av laktoferrin med flukonazol kan emellertid verka mot flukonazolresistenta stammar av Candida albicans samt andra typer av Candida : C. glabrata, C. krusei, C. parapsilosis och C. tropicalis . Antisvampaktivitet observeras för sekventiell inkubation av Candida med laktoferrin och sedan med flukonazol, men inte tvärtom. Laktoferricins antisvampaktivitet överstiger den för laktoferrin. I synnerhet uppvisar syntetisk peptid 1-11 laktoferricin mycket större aktivitet mot Candida albicans än nativt laktoferricin.
Administrering av laktoferrin genom dricksvatten till möss med försvagat immunförsvar och symtom på aftsår minskade antalet stammar av Candida albicans i munnen och storleken på de skadade områdena i tungan. Oral administrering av laktoferrin till djur minskade också antalet patogena organismer i vävnaderna nära mag -tarmkanalen . Candida albicans kan också helt utrotas med en blandning innehållande laktoferrin, lysozym och itrakonazol hos HIV-positiva patienter som var resistenta mot andra svampdödande läkemedel. Sådan svampdödande verkan när andra läkemedel bedömer ineffektiva är karakteristisk för laktoferrin och är särskilt värdefull för HIV-infekterade patienter. I motsats till de antivirala och antibakteriella verkningarna av laktoferrin är mycket lite känt om mekanismen för dess antifungala verkan. Laktoferrin tycks binda plasmamembranet av C. albicans som inducerar en apoptotiskt liknande process.
Anticarcinogen aktivitet
Anticanceraktiviteten hos bovint laktoferrin (bLF) har påvisats i experimentella lung-, urinblåsa, tunga, tjocktarms- och levercancerframkallande ämnen på råttor, möjligen genom undertryckande av fas I -enzymer, såsom cytokrom P450 1A2 ( CYP1A2 ). I ett annat experiment på hamstrar minskade också nötkreaturlaktoferrin förekomsten av oral cancer med 50%. För närvarande används bLF som ingrediens i yoghurt , tuggummi , modersmjölksersättning och kosmetika .
Cystisk fibros
Den mänskliga lungan och saliven innehåller ett brett spektrum av antimikrobiella föreningar inklusive laktoperoxidasystem, som producerar hypotiocyanit och laktoferrin, där hypotiocyanit saknas hos patienter med cystisk fibros . Laktoferrin, en komponent i medfödd immunitet, förhindrar bakteriell biofilmutveckling . Förlusten av mikrobicid aktivitet och ökad bildning av biofilm på grund av minskad laktoferrinaktivitet observeras hos patienter med cystisk fibros. Vid cystisk fibros kan antibiotikakänsligheten modifieras av laktoferrin. Dessa fynd visar laktoferrins viktiga roll i mänskligt värdförsvar och särskilt i lungorna. Laktoferrin med hypotiocyanit har beviljats särläkemedelsstatus av EMEA och FDA .
Nekrotiserande enterokolit
Lågkvalitetsbevis tyder på att oral laktoferrintillskott med eller utan tillsats av ett probiotikum kan minska sen uppkomst av sepsis och nekrotiserande enterokolit (steg II eller III) hos prematura barn utan några negativa effekter.
Vid diagnos
Laktoferrinhalter i tårvätska har visat sig minska vid torra ögonsjukdomar som Sjögrens syndrom . Ett snabbt, bärbart test med hjälp av mikrofluid teknik har utvecklats för att möjliggöra mätning av laktoferrinnivåer i mänsklig tårvätska vid vårdplatsen för att förbättra diagnosen Sjögrens syndrom och andra former av torra ögonsjukdomar.
Nanoteknik
Laktotransferrin har använts vid syntesen av fluorescerande guldkvantkluster, som har potentiella tillämpningar inom nanoteknik.
Se även
Referenser
externa länkar
- Uniprot
- LTF om National Center for Biotechnology Information
- FDA Lactoferrin anses vara säkert att bekämpa E. Coli.