CC BY
50УДК 616.992:616-057
РОДЬ УГЛЕВОДОВ В СТРУКТУРЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ КЛЕТОК ПАТОГЕННЫХ И УСЛОВНО' ПАТОГЕННЫХ ГРИБОВ
Блинов Н.П.
НИИ медицинской микологии им. П.Н. Кашкина ГОУ ДПО СПб МАПО Росздрава, Санкт-Петербург, Россия
© Блинов Н.П., 2007
Углеводы подставлены в грибных клетках различными структурами, выполняющими общебиологическую защитную функцию на молекулярном, клеточном и других уровнях организации представителей ца/ктва Fungi. В качестве примеров назовём экзоклеточные гликаны криптококков — возбудителей криптококкоза, а также видов - сапробов этого же рода.
Маркерной структурой в клеточной стенке микромицетов является /2-1,4-глюкан (хитин), обеспечивающий и сохраняющий ригидность клеток в целом; консервативность АН К во многом обеспечивается фосфорилированной полидезоксирибозой в двойной спирали названной молекулы.
Адгезия клеток микром шкетов - патогенов и условных патогенов обеспечивается в значительной степени за счёт гликопротеинов или углеводных полимеров. Множество внутриклеточных белков являются модифицированными O-N-ацетил-глюко-замином, например, ферментные белки. К тому же определённые ферменты оказываются факторами агрессии/патогенности.
Ключевые слова: адгезия, ацетил-глюкозамин, гликопротеины, микромицеты, углеводы, ферменты
A ROLE OF CARBOHYDRATES IN THE STRUCTURE AND FUNCTIONAL CELLS ACTIVITY OF THE PATHOGENIC AND CONDITIONALLY PATHOGENIC FUNGI
Yelinov N.P.
Kashkin Research Institute of Medical Mycology, SEI APE SPb MAPE, Saint Petersburg, Russia
© Yelinov N.P., 2007
Carbohydrates into fungal cells are presented with different structures canying out in general biological protective function in a molecular, cellular and other levels of the organization of representatives in Fungi Kingdom. For example extracellular glycanes of Cryptococcus spp. — Cryptococcosis’ agents, and also species - saprobes of the same genus.
The marker structure in the cell wall of micromycetes is (3- 1,4-glu-cane ('chitin) which provides and maintains the cellular rigidity.
A conservativity of DNA is provided with phosphorilated poly deox -yribose in double helix of this NA. The cells adhesion of micromycetes — pathogens and conditionally pathogens is provided in considerable degree at the expense of glycoproteins or carbohydrate polymers.
A great number ofintacellular proteins are O-GlcNAc modified for example proteins — enzymes. Besides the certain enzymes are aggressive/pathogenic factors for peoples.
Key words: adhesion, acetylglucosamine, carbohydrates, enzymes, glycoproteins, micromycetes
Углеводные полимеры, или полисахариды — самые распространённые из всех известных природных полимеров. Фактически они находятся или могут находиться в свободном и связанном состояниях. В качестве примеров назовём экзогликаны, образуемые Aureobasidium pullulans, Cryptococcus neoformans var. neoformans, Rhodotorula mucilaginosa (Rh. rubra) и др. Некоторые авторы до настоящего времени расценивают их факторами агрессии или факторами патогенности [1-4], но уже с 1970 г. мы относим их к общебиологическим защитным факторам на молекулярном, клеточном и организменном уровнях организации живой материи [5-7], включая представителей царства Fungi.
К углеводам относят простые сахара, или моносахариды (и их производные); олигосахариды — низшие и высшие; полисахариды (гликаны) и гликоконъюгаты (табл. 1).
Моносахариды (глюкозамин, галакгозамин, мура-мовую, или гликолактиловую кислоту) часто обнаруживают у микроорганизмов (в том числе — у грибов) в виде аминосахаров и их производных.
Водород в аминосахарах может замещаться на ацетил по схеме:
СН2ОН О СН2ОН
Г^Л+НзО-С—
NH2 Н NH
I
СО-СНз
Гексозамин Уксусный Ацетиягяюкозамин альдегид
OR!
/
R-C-H + Ri - ОН —► R-C-H
II \
о он
Полуацеталь
Таблица 1
Классификация углеводов [8]
Группа Подгруппа Название п*
1. Альдозы и гексозы Монозы (триозы, тетрозы, пентозы, гексозы, гептозы, октозы, нанозы, декозы). 1
2. Ангидриды сахаров Ангидромонозы (1,б-ангидро-(3-0-глюкопираноза; І.б-ангидро-3-D-глюкофураноза; 3,6-ангидро-(3-0-глюкопираноза итд.). 1
3. Уроновые кислоты Галактуроновая, глюкуроновая, идуроновая и тд. 1
4. Гликозиды с 0-, N1-, Били С- типами гликозид-ных связей (альдозиды, кетозиды):
1. Моноса- а) голозиды** (см. группы II и III. Содержат О-гликозидные связи). 1 ##
хариды и их производные 6) гетерозиды Галактозиды, гликозиды, рамнозиды, рибозиды, фукозиды и др.
5. Ангидрогликозиды Ангидропиранозиды (метил-3,6-ангидро-а-0-глюкопиранозид и др.), ангидрофуранозиды (метил-3, б-ангидро-а-й-глюкофуранозид и т.д.). 1
6. Аминосахара Монозамины, ацетилмонозамины (галактозамин, глюкозамин, N-аце-тилглюкозамин и др.). 1
7. Гликолактиловые (мура-мовые) кислоты Глюколактиловая (глюкомурамовая) кислота, галактолактиловая (га-лактомурамовая) кислота и т.д. 1
8. Дезоксисахара Moho-, ди-,тридезоксиозы (б-дезок-си-О-галактоза, или D-фукоза; 3.6-дидезокси- D-ксилогексоза, или абеквоза; 3,6-дидезокси-1.-ксило-гексоза, или колитоза; 3,6-дидезокси-0-рибогексоза, или паратоза; 3.6-дидезокси-D -араби-ногексоза, или тивелоза; б-дезокси-й-манноза, или D-рамноза и др.). 1
II. Олигоса- Гомо- и гетероолигосахариды (голозиды, содержащие О-гликозидные связи)
хариды а) низшие Олигозы (дисахариды,или биозы; трисахариды, или триаозы; тетрасахариды, илитетраозы; пентасахариды, или пентаозы). 2-5
6) высшие Олигозы (гексаозы, гептаозы, октаозы, наноозы.декаозы). 6-Ю
III. Полиса- а) Гомополисахариды (голозиды, содержащие О-гликозидные связи) а) Полиозы - гомогликаны (глюка н, маннан и др.). >10
хариды, или гликаны б)Гетерополисахариды (голозиды, содержащие О-гликозидные связи) б) Полиозы - гетерогликаны (ксантан, ксилоглюкурономаннан и др.). >10
1. Гликопротеины Аллергены (трихофитины, кандидины), ферменты (амилаза, карбокси-пептидаза, рибонуклеаза и др.), иммуноглобулины и т.д. Раз- ное
2. Пептидогликаны, или протеогликаны Муреин, полипептидилбиозаминилуронил (гепарин, хондроитинсуль-фаты и др.). _ и
3. Гликозаминогликаны Гиалуроновая кислота, хитин, хитозан, N-ацетил-хитобиозилманнан и т-Д - и -
IV. Гликоконъюгаты 4. Гликолипиды Бактопренол (ундекапренол),долихол (Glc-N-Ас-пирофосфорилдо-лихил), липотейхоевые (глицеринтейхоевые) кислоты, корд-фактор туберкулёзных микобактерий и др. и
5. Липогликаны Липополисахариды, или эндотоксины грамотрицательных бактерий. II
6. Гликолипопротеины 0-антигены грамотрицательных бактерий, полученные по методу Буа-вена и Месробяну (это липополисахарид + протеин). _ и
7. Тейхоевые”" кислоты Рибиттейхоевые кислоты. - ".
Примечание: п*- число мономерных единиц;
**- моносахаридные остатки в олиго- и полисахаридах соединяются О-гликозидными связями и число моноз в них всегда больше единицы; они выделены в самостоятельные группы II и III;
***- в некоторых гетерозидах содержатся, например, по 2 оста тка моноз(ы)(в антибиотике стрептомицине, в коферменте НАДФ и др.);
****- липотейхоевые кислоты относят к гликолипидам; рибиттейхоевые кислоты чаще связывают с пепти-догликаном.
За счёт полуацетального гидроксила моносахариды образуют гликозидные структуры как с аналогичными молекулами простых сахаров (гомо- и гете-рогликаны), так и с другими молекулами, например, нуклеозиды, некоторые антибиотики и т.д.
СНгОН НОН
СНгОН О'
В-гяюкозидная связь в целлобиозе ОзР-О
I
5’СНг 1^0 И
уу1
он он
Мононуклеотид, в котором Я - один из остатков пурина или пиримидина
ОН
Нистатин
К простым сахарам относят и низшие олигосахариды, или олигозы, включающие от 2 до 5 моноз. Однако триаозы, тетраозы, пентаозы, а также высшие олигозы с 6-10 остатками моноз обычно не обнаруживают у микроорганизмов.
Среди производных моноз (моносахаридов), обнаруживаемых в гидролизатах грибных полисахаридов, или гликанов, наиболее часто выявляют D-глю-козамин, D-галактозамин, D-глюкуроновую кислоту, N-ацетил-нейраминовую, или сиаловую кислоту. Из производных моноз примечателен O-N-ацетилглю-козамин (О-ГлюЫАц) - «вездесущая» динамическая посттрансляционная модификация, имеющаяся в составе многих нуклеоцитоплазматических белков у всех многоклеточных гетеротрофных организмов, включая Metazoa в царстве Animalia [9].
О-ГлюЫАц вовлекается в многообразные клеточные функции: сигнальную, трнскрипционную и трансляционную в связи с синтезом белковых молекул; он также причастен к таким заболеваниям, как диабет, нейро-дегенеративные нарушения, рак. О-Глю-ЫАц как пост-трансляционная модификация был описан в 1984 г. [10] при зондировании клеточ-
ной поверхности лимфоцитов ферментом (3-1,4-га-лактозил-трансферазой. После этого было опубликован ряд работ о ядерных и цитоплазматических белках, модифицированных О-Глю-КАц [11,12 и др.]. Оборот О-Глю-КАц происходит быстрее, чем поли-пептидного белка кора, к которому он присоединяется.
Уровни О-Глю-КАц в клетке изменяются динамически в ответ на «морфогены», на периоды клеточного цикла (6,, Ь, М), стрессы и др., и поэтому данный ацетилглюкозамин по проявлению больше сходен с молекулой в процессе фосфорилирования, а не типичного гликозилирования. Однако О-Глю-КАц модификация происходит не на одном и том же сайте (как в случаях с фосфорилированием), а попеременно протекает с обеими пост-трансляционными модификациями.
Если фукоза и сиаловая кислота всегда находятся в дистальном положении к полипептидной цепи, то ацетилглюкозамин - в проксимальном положении и образует связь с аминокислотами, в частности, с се-рином или треонином ядерных и цитоплазматических белков в пост-трансляционном процессе, с формированием [3-гликозидной связи у эукариотических организмов.
В-О-гяикозидная связь Гяю-ЫАц с серином /треонином
НО-СН2-СН-СООН
1
N142
Серии
СНз-СН-СН-СООН
I I
ОН N42
Треонин
В отличие от классического О-связанного гликозилирования, эта, до недавнего времени неизвестная модификация, не вовлекается в удлинение цепи, а останавливается на моносахариде. В отличие от К-свя-занного гликозилирования, когда Глю-КАц также является присоединённым сахаром, О-Глю-КАц не имеет какой-либо признаваемой согласованной последовательности для сайта дополнения. Он удаляется из синтезируемых молекул белков с помощью
фермента О-Глю-КАцазы (КФ 3.2.1.52), или нукле-оцитоплазматической Ы-ацетил-гексозаминидазы. В таблице 2 приведены примеры О-Глю-ЫАц модифицированных белков [12].
Таблица 2.
О-Глю-Мц модифицированные белки (выборочно)
Цитоплазматические Ядерные
Актиновые белки: ан-кирин, Е-кардерин, винкулин.синапсин 1, талин Киназы: СК-2, йБК-ЗР
Опухолевый супрессор: ре-тинобластомный белок
Вирусные белки: БУ 40, базисный фосфопротеин ви-риона, большой Т-антиген Протоонкогены: С - Мус
Метаболические ферменты: гликоген-синтаза, пиру-ваткиназа РНКполимераза II
Промежуточные филамен-ты: кератины 8,13,18, ней-ро-филаменты Факторы транскрипции: р-катенин, МР-кВ, БРР
Чапероны: НБР27, НБР70, НБР90 Фосфатазы: тирозиновая, р65
Ядерные белки-порины: р62,153,214, М11Р
Примечание: NUP= Nuclear Pore Protein; HSP=Heat Shock Proteins, SRl-'= Serum Response Factor
Блокирование О-Глю-ЫАц на ядерных белках (нуклеопоринах), например, с помощью моноклональных антител упреждает активный транспорт РНК или белков с ядерной локализацией через ядерную мембрану.
Установлено [13], что О-Глю-ЫАц-модифициро-ванный белок, р67, способен модулировать инициацию трансляции белка путем присоединения фактора 2 инициации (eIF-2) к пептидной цепи у эукариот. При удалении р67 из клеточных экстрактов связыванием О-Глю-ЫАц лектином WGA (Wheat germ agglutinin) наблюдали возрастание фосфорилирова-ния eIF-2, который, напротив, приводил к ингибированию синтеза белка.
Повышение уровня О-Глю-КАц связывают с типом 2 диабета, или инсулиновой резистентностью [14].
Полисахариды и гликоконъюгаты относят к макромолекулам, включающим моносахаридные блоки. Среди полисахаридов известны компоненты клеточных стенок грибов (хитин), запасные источники углерода в цитоплазме микромицетов, например гликоген.
Как оказалось, из простых сахаров - псевдотет-раоза, или карбоза микробного происхождения блокирует фермент а-глюкозидазу (амилазу), катализирующую реакцию гидролиза, например, амилозы беспорядочно. Карбоза стала первым пероральным антидиабетическим средством врядутетраоз [15,16]. Лекарственный препарат карбозы «глюкобай» впервые использован на практике при сахарном диабете в Германии в 1990 г., позднее - в других странах, включая Россию. Карбоза выступает конкурентным
ингибитором а-глюкозидазы, имеющейся в пищеварительном тракте человека. Карбоза нормализует и стабилизирует «глюкозный профиль» в крови.
Различают 3 типа амилаз:
1) а-амилаза - катализирует реакцию гидролиза а-1,4 связей в амилозе беспорядочно по схеме:
I X
оооооооооо, в которой о-остатки глюкозы,
—> - места разрыва связей а- амилазой;
2) (5-амилаза - катализирует реакцию гидролиза а-1,4 связей в амилозе с образованием биозы
- мальтозы по схеме:
оооооооооо, в которой знак —» - места разрыва
Т 1 т т
связей между биозными парами в амилозе;
3) у-амилаза (глюкоамилаза) - катализирует реакцию гидролиза а-1,4 связи у каждого остатка глюкозы с образованием Э-глюкозы.
Промежуточные продукты гидролиза крахмала до декстринов следующие:
• амилодекстрины - дают синее окрашивание с йодом;
• эритродекстрины - дают красно-бурое окрашивание с йодом;
• ахродекстрины - в реакции с йодом не окрашиваются;
• мальтодекстрины - в реакции с йодом не окрашиваются.
Хитин - маркерная структура в клеточной стенке грибов. У диморфных микромицетов он содержится в обеих формах клеток - дрожжевой и нитчатой, причём в последней его больше. На долю хитина из всей суммы органических веществ в клетке грибов приходится до 45%. Напомню, что масса одной усреднённой эукариотической клетки составляет примерно 5-7’10 12 г.
У различных грибов хитин-синтаза содержится в хитосомах, или микровезикулах (их средний размер 40-70 нм в диаметре); этот фермент катализирует реакцию образования микрофибрилл хитина. Хитосо-мы обладают механизмом переноса микрофибрилл к соответствующим местам в клеточной стенке, где и совершается сборка хитина. В хитосомах нет АТФ-азы, а посему они не являются фрагментами цитоплазматической мембраны; хитосомы обратимо диссоциируются на субъединицы с молекулярной массой порядка 500 кДа. Агрегация хитосом может быть заторможена фосфатным буфером. Трансформация хитосом по Бартницкому-Гарсия представлена на рис 1.
12 3 4
Рис.1. Хитосомы нитчатых грибов и их трансформация по Бартницкому-Гарсия в направлении 1-4
Синтез хитин-синтазы примерно на 20% ингибируют УДФ -глюкоза, УДФ-манноза, УДФ-ксило-за, УДФ-глюкуроновая и УДФ-галактуроновая кислоты; активируют её синтез Ы-ацетилглюкозамин (0,1 М), протеиназа В, ионы магния в концентрации 15-25 мМ, выше которой ионы магния ингибируют синтез хитин-синтазы. Хитин-синтазная гранула и сравнительная рентгенограмма хитина грибов представлена на рис 2.
Рис. 5. Схематическое изображение молекулы гликогена:
Я - глюкозный остаток со свободной редуцирующей группой; отношение С^С^связей к С^С^связям равно 12-18; а - внешняя зона, б - внутренняя зона
С исторических позиций не безынтересно вспомнить, что к расшифровке состава некоторых гликопротеинов было привлечено внимание Э. Э. Эй-хвальда (впоследствии - первого директора института клинической медицины в Санкт-Петербурге, ныне
- СПб М АПО) ещё во второй половине XIX в. Об этом хорошо отозвался Альфред Готтшалк, под редакцией которого вышел капитальный труд по гликопроте-
Рис. 3. Унитарная ячейка целлюлозы: черные кружочки обозначают кислород
Вторичная (а) и третичная (б) структуры целлюлозы показаны на рис.4.
Рис. 2. Хитинсинтазная гранула в тесной связи с концами
взаимно скрученных хитиновых микрофибрилл (а); (увеличение х 81 600); рентгенограмма хитина грибов (I) и членистоногих (II) (б).
Количественное содержание хитина в клетках грибов существенно колеблется в зависимости от вида и штамма. Например, в клетках дрожжевой фазы Candida albicans № 846 обнаружено, в среднем, 4,4% этого углеводного полимера, а в мицелиальной
- 9,4%; у C. tropicalis №67 соответственно - 4,5% и 8,5%; у C. viswanathii №501/1 - 1,9% и 4,5%.
Деацитилированная форма хитина, или хитозан найден в клеточной стенке у некоторых зигомицетов, например, у Mucor rouxianus, а целюлоза (С6Н|0О5)х
— у Saprolegnia sp.
Следовательно, если маркерной структурой у подавляющего числа грибов из различных классов является хитин, то у отдельных низших грибов подобной структурой является целлюлоза. Унитарная ячейка кристаллической целлюлозы состоит из четырёх остатков глюкозы (рис. 3).
Рис. 4. Вторичная (а) и третичная (б) (рентгенограмма) структуры целлюлозы из клеточных стенок фикомицетов
Гликоген относят к полиозам — гомоглюканам, содержащим О-глюкозидную связь (см. табл. 1). Это сильно разветвлённый нейтральный глюкан, состоящий из а-С1—>С4 связанных остатков О-глю-копиранозы. Точки ветвления образуются за счёт а-С,—>С6 связей (рис. 5). Основное назначение гликогена в клетках грибов — запасное питательное вещество.
Полисахариды могут быть ковалентно связанными с белками (гликопротеины, пептидогликаны, или протеогликаны, гликозаминогликаны), с липидами (гликолипиды), липидами + белками (гликолипопро-теины).
инам в 1966 г. [17]. Он отмстил, что в лаборатории J.J. Scherer в г. Вюцрбурге «молодой русский доктор медицины Э. Эйхвальд впервые доказал присутствие углеводов в муцинах. Нго первоначальные наблюдения были сделаны на препарате, приготовленном из кисты яичника, но далее из-за отсутствия материала из этого источника он изучал муцин улитки Helix pomatia. 11ри гидролизе минеральными кислотами эти муцины давали восстанавливающее вещество, которое Эйхвальд, следуя общим представлениям того времени, принял за глюкозу. Справедливости ради, следует вспомнить, что до 1884 г. единственными известными моносахаридами были глюкоза, галактоза, фруктоза и сорбоза. Распространяя свои
наблюдения на различные органы и ткани......Эй-
хвальд показал, что муцины широко распространены в животных организмах. Он определил муцин как конъюгированное единое соединение, состоящее из двух частей, одна из которых имеет свойства настоящего белка, а другая, освобождается при определённых условиях в виде сахара» [18].
Позднее Ф. Мюллер [19] доказал, что гексозамин является компонентом очищенного муцина из слюны и бронхиальных выделений человека и что он находится в ацетилированной форме при соотношении «гексозамин : уксусная кислота» как 1:1. В 30-х годах прошлого века было установлено [20], что характерный гексозаминный компонент в гепарине является D-глюкозамином.
Многие гликопротеины содержат сиаловые кислоты, ответственные за высокую электрофоретическую подвижность сиалогликопротеинов, эритроцитов и раковых клеток, за вязкость гликопротеинов, за биологическую активность гонадотропинов и других гормонов и за правильное функционирование фактора Кастла [21].
Сиаловая кислота - это групповое название N-ацилированных (N-ацетил- или N-гликолил-) и N-ацетилированных-О-ацетилированных (или О-ме-тилированных) производных нейраминовой кислоты; она придаёт гликопротеину свойства, которые не могут придать ни полярные гидроксильные группы, ни ацетамидогруппа обычных нейтральных или аминосахаров. Наличие в сиаловой кислоте НООС-группы (рКа= 2,6), в дополнение к 5 НО-группам и ацетамидогруппе, и тот факт, что эта карбоксильная группа всегда остаётся свободной и отрицательно заряженной при физиологических значениях pH, а также положение сиаловой кислоты на невосстанавливающем конце углеводной цепи - всё эго оказывает сильное влияние на физические и химические свойства гликопротеинов [22].
Ac-NH Н
(а)
Н HN-AcOH Н Н
II///
НООС-СО-СН2-С-С-С-С-С-СН2ОН 11111 он н н он он
(б)
Сиаловая кислота
Систематическое название сиаловой, или N-аце-тилнейраминовой кислоты: 5-ацетамидо-3,5-диде-зокси-О-глицеро-О-галактононулозоновая кислота.
В конце прошлого века стали известными так называемые Р-гликопротеины (PGPs) как часть большого семейства efflux-транспортёров у эукариотических организмов (по-англ. efflux - исток, истечение). Их рассматривают структурами, обеспечивающими защиту клеток/организмов от различных опасных веществ. Им необходим АТФ в качестве энергоисточника для эффективного функционирования.
В последние 10 лет достигнут заметный прогресс в определении генов у С. albicans, ответственных за резистентность клеток этого вида к некоторым анти-микотикам из группы азолов. Из идентифицированных 5 генов CDR1, GDR2, HRG3, KRG11 и MDR1 наиболее выраженно снижалось накопление лекарств с помощью efflux - помпы при сверхэкспрессии генов, подобных C'DR1,CDR2hMDR1 [23]. Потенциальным блокатором efflux-помпы, ревертирующим резистентность у клинических изолятов С. albicans, оказался нестероидный противовоспалительный аналгетик
- ибупрофен. В этой связи он потенциально перспективен в комбинации, например, с флуконазолом, для лечения кандидоза.
Р-гликопротеин - мембраносвязанный полимер с молекулярной массой (ММ) 170 кДа. Активность PGPs контролируется эндо- и экзо-стимулами, которые вызывают стрессовые реакции; к таким стимулирующим агентам могут быть отнесены цитоток-сические вещества, мутагены, факторы роста и др., а для макроорганизмов — повышенные температуры (тепловой шок), облучения, медиаторы воспаления, цитокины и т.п. [24].
Важная роль в экологии и таксономии грибов и, прежде всего, дрожжей принадлежит микоцинам, придающим дрожжевым организмам свойства киллеров в отношении чувствительных к ним видов и штаммов из групп близких или отдалённых «родственников». Микоцины представляют собой либо
полимерные протеины, гликопротеины или целлоби-олипиды (строение целлобиозы см. выше в тексте).
Обычно молекулярные массы разных микоцинов варьируют от 10-30 кДа до 100 кДа и более. Спектр их активности различен. Например, микоцин К1 Saccharomyces cerevisiae (негликозилированный полипептид с ММ 20 кДа) убивает клетки того же вида, C. glabrata, сферопласты клеток C. albicans, C. utilis, Kluyveromyces lactis и Debaryomyces occidentalis. Ac-комицетовые дрожжи обычно не чувствительны к микоцинам, образующимся базидиомицетовыми дрожжами, а также и наоборот, хотя исключения из правил возможны, например, с Bullera sp. и Lipomyces sp.
Внеклеточные гликолипидные микоцины могут продуцироваться дрожжевыми организмами из классов сумчатых и базидиальных дрожжей, равно как и рядом мицелиальных грибов (например, головнёвых).
Целлобиолипиды имеют следующее приближённое строение:
[С uHíjO ! ,-СН/-СН(0Н)-(СН 2)2-(СНЛя2-(СН СН(0Н)-С00Н ]
Широко известен специалистам - микробиологам своими работами по микоцинам и микоциноге-нии В.И. Голубев. Его работа об антагонистических взаимодействиях среди дрожжей недавно опубликована в книге «Биоразнообразие и экофизиология дрожжей» [25].
Факторы макроорганизма, определяющие его взаимодействие с патогенами, являются решающими для моделирования реакций, ведущих к угрозе возникновения нозокомиальных инфекций, в том числе, грибковых. Потенциальные микопатогены должны распознаваться врождённой иммунной системой макроорганизма сравнительно рано, чтобы обеспечить его защитную реакцию. Ещё на пятой конференции по криптококку и крипококкозу в Австралии (2002 г.) было отмечено, что недавно описанные Toll-рецепторы (TLRs - Toll Like Receptors) играют решающую роль в признании рецепторов микроорганизмов, а именно TLR 4 - для липогликанов, TLR 2 — для дрожжевого зимозана; криптококковый ксилоглюкурономаннан (GXM) взаимодействует с TER 4 и CD 14. GXM оказывается (интернализуется) в полиморфноядерных лейкоцитах и в макрофагах (в последних больше).
Toll - это белок, найденный ранее в мушке - дрозофиле и вовлекаемый в антифунгальную защиту и в контроль за ранним развитием организма. У людей их назвали (по аналогии) То11-рецспторами, хотя в настоящее время широко применяют и термин «молекулярный образец» (molecular pattern), но ещё не ясно — молекулярные ли «паттерны» признаются in vivo или определённые микробные молекулы инициируют врождённый иммунный ответ?!
Ныне всё более склоняются к мнению, что вариации в генах семейства этих врождённых иммунорецепторов можно принимать в расчёт как часть
наследственных различий по чувствительности к инфекционному заболеванию. Показано, что TLR 2 более существенен, чем TLR 4, для эффективности фагоцитоза конидий Aspergillus sp. альвеолярными макрофагами с дектином-1, не То11-рецептором, признающим грибной (3-1,3-глюкан. Очевидно, что признание и фагоцитоз грибной клетки происходят за счёт объединённого действия TLR и поверхностных (оболочечных) признаваемых рецепторов [26].
Из вышесказанного следует, что природные углеводы, включая гликаны и гликоконъюгаты, исключительно разнообразны по составу, строению и функциям. В общебиологическом плане они выполняют защитные функции, что можно проследить на примере представителей трёх надцарств - акариот (Acaryota), прокариот (Procaryota) и эукариот (Eucaryota), начиная с молекулярных структур и кончая целостными системами (таблица 3).
Таблица 3.
Общебиологическая защитная роль углеводов в
клетках различных представителей микробного мира
Углеводы и их защитные функции Надцарства
акари- от прока- риот эука- риот
Структуризация и обеспечение консервативности молекул наследственности + + +
Гликопротеины, обеспечивающие рекогницию соответствующих молекул/структур + + +
Гликопротеины как адгезивные молекулы dt + +
Гликаны как адгезивы ± + +
Гликолипиды, гликолипопро-теины как строительные блоки в составе клеточных стенок - + +
Гликаны, аминогликаны как структурный (каркасный) материал - + +
Гликаны как запасной энергетический материал - + *
Гликаны - детерминанты специфичности молекул клеточных антигенов - +
Гликаны - триггеры защитных реакций (элиситоры) + 7
Например, в составе нуклеиновых кислот (прежде всего — в двухнигевой ДНК) фосфорилирован-ные полидезоксирибонуклеотиды, взаимодействуя с основными белками, обеспечивают стабильность, защищённость и определённую консервативность названных структур. Многие ферменты как продукты матричного синтеза (первичные метаболиты) в эукариотических клетках подвергаются постполиме-ризационному гликозилированию. В сформировавшихся гликоконъюгатах углеводы стабилизируют их и часто выполняют функции узнавания (рекогниции) с последующим молекулярным взаимодействием с соответствующими структурами, формируя, например, фермент-субстратные комплексы.
Функция узнавания присуща также гликоконъюгатам в составе клеточных мембран любого уровня организации. Так, трансмембранный регулятор при кистозном фиброзе (CFTR), являющийся фос-форилированным гликопротеином, входит в суперсемейство мембранных транспортных структур, которые включают и р — гликопротеин (обеспечивает лекарственную мультирезистентность у млекопитающих), ответственный за откачку цитотоксических лекарственных средств из опухолевых клеток. CFTR имеет непосредственное отношение к регуляции так называемого «хлоридного канала» [26].
У здоровых людей дыхательные пути содержат смачивающую коллиоидную жидкость, состоящую из двух фаз: водно-солевой для «смазывания» ресничек и гелевой гликопротеиновой, покрывающей верхушки ресничек. К этой второй адгезируются частицы из вдыхаемого воздуха, в том числе — микробы.
Кистозный фиброз (КФ) характеризуется возрастанием легочных, желудочно-кишечных и панкреатических секретов; при этом могут развиться бронхо-эктазы и непрекращающиеся инфекционные процессы из-за плохого дренажа инфицированной слизи. На ранних этапах КФ патогенами обычно выступают золотистые стафилококки, Candida spp., Haemophilus influenzae, в более поздние сроки — Aspergillus spp. и Pseudomonas aeruginosa, продуцирующая вязкую альгиновую кислоту, блочная структура которой состоит из сх-С,—»C, связанного линейного сополимера ß-D-маннуроновой кислоты и ее 5-эпимера гулуро-новой кислоты:
—^4ß - D- МанУК, —► 4а - D - ГулУ К П—
(5-эпимеР) п
Апьгиновая кислота
Наследуемый ген КФ включает около 250 ООО нп, и кодируемый им протеин назван кистозно-фиброзным трансмембранным регулятором (КФ'ГР) с ММ 168 кДа. КФ'ГР активно транспортирует макромолекулы через мембраны. Сегмент его, названный Р-доменом, действует как молекулярный «клапан», интерферирующий с транспортом ионов хлора через мембраны эпителиальных клеток.
В окончательном виде КФ’ГР - фосфоринирован-ный протеин являе тся частью суперсемейства мембранотранспортных структур.
В форме запасных молекул (гликоген, гранулёза, крахмал) углеводы первыми попадают в «энергетическую топку» во всех «пожарных случаях», когда клетки оказываются на «голодном пайке». Такие углеводсодержащие молекулы, как муцин в просвете пищеварительного тракта, гиалуроновая кислота в суставных сумках, в дыхательной, плевральной и перикардиальной полостях надёжно защищают эпителиальные и трущиеся поверхности и т. д.
В любых, относительно приемлемых для гриба, условиях анаболизм и катаболизм углеводных молекул в клетках относительно уравновешен, хотя опосредованная генетическая информация о биосинтезе гликанов (особенно - экзоклеточных) заметно сказывается на их полидисперсности. В ряду: гены —> гликансинтаза —> гликан углевод является вторичным метаболитом (первичным является фермент гликансигаза).
В интегративные и дизъюнктивные метаболические процессы удаётся и необходимо впредь вмешиваться с различными целями. Например, в первом случае, для индукции биосинтеза грибных гликанов как вспомогательных и лечебных средств; во втором случае — для видоизменения нативных структур в интактных клетках для создания диагностических и профилактических средств.
ЛИТЕРАТУРА
1. Kronstad J.W. A sage program to explore signaling in Cryptococcus neoformans. ISHAM, 15th Congress. May 25-29, 2003. San Antonio, Texas. — P.265-266.
2. Kwong-Chung K.J., Bennett J.E. Medical Mycology// Lea & Febiger. Philadelphia. London, 1992.- P.436.
3. Edwards J. Virulence Factors in the pathogenic fungi. 4th Congress of ECMM, Glasgow, Scotland, 11-13 May, 1998.- P.S5.
4. Loftus B.Fung E., Roncaglia P., el al. The genome of the Basidiomycetous yeast and human pathogen Cryptococcus neoformans //Science.- 2005.- Vol. 307.- P. 1321-1324.
5. Елинов Н.П. Предпосылки к обобщению биологических функций природных полисахаридов. Материалы науч. конференции, посвященной итогам научно-исследовательской работы АХФИ за 1970 г.- А., 1971.- С.5-7.
6. Елинов Fl.Il. Общие закономерности строения и развития микробов - продуцентов биологически активных веществ.- Л.: «Медицина», Аен.отд., 1977.- С.19-20.
7. Vasilyeva N.V., Yelinov N.P., Thileva Ye.A. Are fungal glucanes aggressive factors or the protective structures for several organisms? Trends in Medical Mycology. 9th Congress the European Confederation of Medical Mycology. 7,h Trends in Invasive Fungal Infections. Amsterdam (the Netherlands). September 28 - October 1, 2003.- P. 37-41. Monduz/i Editore. Internat. Proceedings. Division.
8. Елинов Н.П. Химическая микробиология.- М.: «Высшая школа», 1989.- С.55-57.
9. Елинов FIJI. Основы биотехнологии.- СПб.: «Наука», 1995.- С.532.
10. Torres C.R., Hart G.W. //J.Biol.Chem, 1984.- Vol. 259.- P. 3308.
11. Zachara N.F.., Cheung W.D. and Hart G.W. Curr. Org. Chem.- 2004.- Vol. 8.- P. 369.
12. Lakshmanan T. and Hart G. O-GlcNAc: a multifaceted post-translational modification //BTi.- 2004.- Vol. 16, №3,- P. 6-9.
13. Datta B„ Ray M.K., Chakraharti D„ Wylie D.E. and Gupta N.K. II}. Biol, ( 'hem., 1989.- Vol. 34.- P.20620.
14. Vosseller K., Wells /.., Lane M.D. and Hart G.W. Cell Mol. Life Sci.- 2003.- Vol. 60.- P. 222.
15. New type 2 diabetes drug // The pharmaceutical).- 1992.- Vol. 248, №6677.- P. 317.
16. Блинов Н.П., Громова Э.Г. Современные лекарственные средства (справочник с рецептурой). 3-є изд.- 2003.
17. Glycoproteins (their Composition, Structure and Function). Ed. by A. Gottschalk, 1966. Amsterdam - London - New York.
18. Eichwald E. Ann. Chem. Ptarmacol.- 1965.- Vol. 134.- P. 177.
19. Muller F. II Z.Biol.- 1901.- Vol. 42.- P. 468.
20. Jorpes J.R., Bergström S. // Z. Physiol. Chem.- 1936.- Vol. 233.- P. 523.
21. Roseman S., Comb O.lIJ. Am. Chem. Soc.- 1958.- Vol. 80.- P. 3166.
22. Blix G., Gottschalk A., Klenk F.. II Nature, 1957.- Vol. 179.- P. 1088.
23. Ricardo E. The gene expression profiles associated with resistance mechanisms involving efflux pumps (The ECMM Joung Investigators Travel Awards) // Mycology newsLetter. ECMM.- 2006.-№l.-P.l6-17.
24. Sukhai M., Piquette-Miller M. Regulation of multidrugresistenece genes by stress signals// J. Pharm. Sei. -2000.- Vol. 3, №> 2. -P. 268-280.
25. Golubev W.I. Antagonistic Interaction Among Yeasts, в кн. Biodiversity and Ecophysiology of Yeasts. C.A. Rosa, G. Peter (eds). Springer, Berlin. - 2CX)6, Ch.10. -P. 197-219.
26. Romani L. Host-response and immunity. The Cellular Toll-like receptors. Special report // Mycology newsLetter. ECMM.-2(X)6.-№1.- P.24-25.
Поступила в редакцию журнала 4.04.07
Рецензент: Г.А.Бабенко
