Defensiinit – immuunijärjestelmän puolustuspeptidit: rakenne ja toiminta

Tutustu defensiineihin — immuunijärjestelmän pieniin puolustuspeptideihin: rakenne, toimintamekanismit ja rooli bakteeri- ja viruspuolustuksessa.

Defensiinit ovat pieniä kationiproteiineja, joita esiintyy eläimissä ja kasveissa. Ne ovat isännän puolustuspeptidejä. Ne toimivat bakteereja, sieniä ja monia viruksia vastaan.

Defensiineissä on 18-45 aminohappoa, joista kuusi-kahdeksan konservoitunutta kysteiinijäännöstä. Immuunijärjestelmän soluilla on näitä peptidejä, jotka auttavat tappamaan fagosytoituja bakteereja. Näihin soluihin kuuluvat neutrofiiliset granulosyytit ja lähes kaikki epiteelisolut. Useimmat defensiinit toimivat sitoutumalla mikrobin solukalvoon. Kun ne ovat siellä, ne tekevät kalvoon pieniä reikiä, joiden kautta elintärkeät ionit ja ravintoaineet pääsevät vuotamaan ulos.

Rakenne

Defensiinit ovat tyypillisesti pieniä (18–45 aminohappoa) ja positiivisesti varautuneita peptidiketjuja. Useimmissa defensiineissä on kuusi–kahdeksan hyvin konservoitua kysteiinijäännöstä, jotka muodostavat disulfidisidoksia ja antavat peptidille vakaan kolmiulotteisen rakenteen. Disulfidisidosten muodostama rakenne erottaa päätyypit, kuten alfa- ja beta-defensiinit; joissain lajeissa esiintyy myös theta-defensiinejä.

Toimintamekanismit

Defensiinit tuhoavat mikrobeja usealla tavalla:

• Ne sitoutuvat elektronisesti negatiivisesti varautuneisiin mikrobin solukalvoihin ja häiritsevät lipidi- ja proteiinikomponenttien asettelua.
• Monet defensiinit muodostavat kalvorakenteita tai ”reikiä” (esim. barrel-stave-, toroidal- tai carpet-mallit), joiden kautta ioni- ja vesitasapaino järkkyy ja mikrobi kuolee.
• Osalla defensiineistä on myös solukalvon läpäiseviä mutta sisäisiä kohteita: ne voivat sitoutua nukleiineihin, estää entsyymejä tai muuttaa mikrobin aineenvaihduntaa.
• Lisäksi defensiineillä on immunomodulatorisia vaikutuksia: ne voivat houkutella immuunisoluja paikalle, säädellä sytokiinien tuotantoa ja edistää haavan paranemista.

Ilmentyminen ja säätely

Defensiinejä tuottavat useat eri solutyypit: neutrofiiliset granulosyytit, immuunijärjestelmän muut solut, hengitysteiden ja suoliston epiteelisolut sekä Panethin solut ohutsuolessa. Niitä voi esiintyä valmiiksi säilöttyinä granuloissa tai entsymaattisesti aktivoituina. Ilmentyminen lisääntyy tyypillisesti mikrobi-infektion, tulehdussignaalien tai tiettyjen sytokiinien (esim. IL-1, TNF) vaikutuksesta.

Toiminnot

• Antimikrobinen: tehokkaita grampositiivisia ja gramnegatiivisia bakteereja, sieniä ja monia viruksia vastaan.
• Immunomodulaatio: kemotaksis, sytokiinivasteiden säätely ja linkitys synnynnäisen sekä adaptiivisen immuunivasteen välillä.
• Barrierin ylläpito: osallistuvat epiteelisolujen puolustusmekanismeihin ja edistävät limakalvojen mekaanista este- ja antimikrobista toimintaa.

Tyypit ja esimerkit

Eläimillä defensiinit jaetaan usein tyyppien mukaan:

• Alfa-defensiinit — esimerkiksi ihmisen neutrofiilien HNP1–4 ja suoliston Paneth-solujen HD5 ja HD6.
• Beta-defensiinit — laajasti ilmentyviä epiteelissä (esim. hBD1–4 ihmisellä), toimivat tärkeinä limakalvojen puolustuksessa.
• Theta-defensiinit — rengasmaisia peptidimuotoja, esiintyvät joidenkin kädellisten lajien populaatioissa; ihmisellä theta-defensiinigeeni on pseudogeeni mutta retrokliinien kaltaisia peptidijohdannaisia tutkitaan laboratorio-oloissa.

Kliininen merkitys ja sovellukset

Poikkeavat defensiinitasot on yhdistetty useisiin sairauksiin, kuten atoopiseen ihottumaan, kroonisiin suolistotulehduksiin ja lisääntyneeseen infektioalttiuteen. Koska defensiinit tappavat monentyyppisiä mikrobeja ja säätelevät immuunivastetta, niitä tutkitaan uusina antimikrobisina lääkkeinä ja terapeuttisina peptidimalleina. Samalla haasteita ovat peptidien vakaus, toksisuus ja mahdollinen resistenssin kehittyminen.

Evoluutio

Defensiinit ovat laajalle levinnyt ja evolutionäärisesti konservoitu puolustusjärjestelmä. Konservoidut kysteiinijäännökset ja niiden disulfidirakenteet viittaavat pitkään funktion säilymiseen eri eliöryhmissä, vaikka peptidien tarkat sekvenssit ja ilmentymispaikat vaihtelevat lajeittain.

Yhteenvetona defensiinit ovat monikäyttöisiä, pieniä ja stabiileja isännän puolustuspeptidejä, jotka muodostavat ensimmäisen linjan puolustusta mikrobitartuntaa vastaan sekä toimivat tärkeinä immuunijärjestelmän säätelijöinä ja potentiaalisina terapeuttisina aineina.

Kysymyksiä ja vastauksia

Q: Mikä on defensin?

K: Mitä taudinaiheuttajia defensiinit torjuvat?

K: Kuinka monta aminohappoa defensiineissä tyypillisesti on?

K: Mikä on defensiinien kysteiinijäämien tarkoitus?

K: Millaiset immuunijärjestelmän solutyypit sisältävät defensiinejä?

K: Miten defensiinit tappavat bakteereja?

K: Sisältävätkö vain eläinsolut defensiinejä?

Hae kirjaimella