Поиск и анализ гомологичных консервативных участков белка SP-D

Суфрактант-ассоциированный белок легких типа D (SP-D) является одним из ключевых белковых регуляторов легочных макрофагов, которые, в свою очередь, являются основой легочного иммунитета. Снижение эффективности работы белка SP-D связывают с повышением риска развития воспалительных заболеваний легких: таких как ХОБЛ, бронхиальная астма, саркоидоз [1]. Было выяснено, что у мышей при отсутствии гена белка SP-D в разы повышаются риски и тяжесть проявления подобных заболеваний [2]. В связи с этим, исследование структурных особенностей данного белка напрямую связано с пониманием причин и улучшением методов лечения воспалительных болезней легких, что является несомненно важным в условиях прогрессирования тенденции увеличения числа людей, страдающих от этих болезней. Задачей данного исследование стало изучение структурных особенностей SP-D белка у животных различных видов и поиск консервативных участков, с которыми могут быть связаны проявления иммунорегуляторных свойств белка.

Суфрактант-ассоциированный белок легких типа D (SP-D) у человека представляет собой олигомерную структуру (рис. 1), мономер которой имеет молекулярную массу 43кДа и состоит из 375 аминокислот. Белок локализуется в межклеточном матриксе для повышения способности взаимодействия с макрофагами [3].

Рис. 1. Олигомерная структура белка SP-D человека

Олигомер белка включает четыре домена: два структурных – Коллагеноподобный домен, С-концевой лектиновый домен и два функциональных – NH 2 -хвостовой домен и домен «шейки» [3] (рис. 2).

Структурные домены (особенно домен «шейки») непосредственно участвуют в олигомеризации белка, объединяя мономеры в додекамерную структуру.

Функциональные домены непосредственно связаны с иммунорегуляторной функцией белка: они способны активировать имунный ответ провоспалительной и противовоспалительной направленности [1].

TYPE                         ID POSITION(S) DESCRIPTION

Domain         *

► Domain                              46-222            Collageniike

► Domain                                260-375            C-type lectin " PtOSlTt-ProA*AnnotNk«

Рис. 2. Доменная структура белка SP-D человека

Для исследования были взяты аминокислотные последовательности белка SP-D шести видов млекопитающих (Homo sapience, Macaca Mulatta, Mus Muscullus, Rat-tus Norvegicus, Sus Scofa, Bos Taurus) из банка данных аминокислотных последовательностей UniProt:

• -    >sp|P35247|Homo sapiens (Человек)

• -    >sp|P50404|Mus musculus (Мышь)

• -    >sp|Q1PBC5|Macaca mulatta (Макака)

• -    >sp|Q9N1X4|Sus scrofa(Свинья)

• -    >sp|P35248|Rattus norvegicus (Крыса)

• -    >sp|P35246|Bos Taurus (Бык)

2. sp4. sp(P36248|Hsttus5. BfflQ9N1Xd|SusScofa Б sp

При помощи алгоритмов выравнивания последовательностей было построено множественное выравнивание данных аминокислотных    последовательностей

(рис. 3).

Species'Abbv

1. sp

Рис. 3 Результаты множественного выравнивания аминокислотных последовательностей

Анализируя результаты построения множественного выравнивания можно заметить, что максимально консервативными, с минимальным количеством изменений, являются участки 44-70, 106-155, 160221, 326-378 аминокислоты. А наибольшие расхождения присутствуют на участках 143, 71-83, 221-325. Причем, если обратиться к доменной структуре данного белка, то можно заметить, что области наибольшей консервативности соответствую функциональным доменам, а области наименьшей консервативности – в большей части принадлежат доменам структурным, из чего можно сделать выводы, что структурная часть данного белка претерпела наибольшие изменения. Также, если анализировать видовое соответствие, то виды, близкие между собой (человек-макака, крыса-мышь, свинья-бык) имеют большее сходство, что говорит о факте изменения структуры белка при расхождении семейств.

С целью анализа эволюционных изменений на основе данных множественного выравнивания было построено филогене-тическиое дерево по алгоритму Максимального правдоподобия (с использованием программы MEGAX) (рис. 4).

0,02

HomoSapience (Человек)

0,11

0,03

Macaca Mulatta (Макака)

0,00

0,03

------MosMosculus (Мышь)

0,07

0,16

0,08

0,06

Ratios (Крыса)

SusScofa (Свинья)

0,15

BosTauros (Бык)

Рис. 4 Филогенетическое дерева белка SP-D для разных видов млекопитающих

Исходя из данных структуры филогенетического дерева видно, что первое эволюционное расхождение произошло у белка свиньи и быка (0,07), однако наибо- лее ранним конечным вариантом, все же оказался белок человека (0,13), хотя его расхождение с другим приматом произошло позже (0,11). Наиболее филогенетиче- ски поздним можно считать белок грызунов (0,16 до расхождения), что говорит о наиболее современной форме SP-D у мыши и крысы. В то же время, по данным выравнивания аминокислотная последовательность белков мыши и крысы имеет наибольшее количество отличий от других последовательностей, но наиболее отдалена от свиньи и быка, а последовательность белка приматов (человека и макаки), имеет участки консервативного сходства и с белком свиньи и с белком грызунов, что может говорить о том, что в плане эволюционного развития белок человека находится посередине между SP-D свиньи и быка и SP-D крысы и мыши. Возможно наличие у крыс и мышей отличий в структурном домене как раз таки связано с улучшением способности их белка к взаимодействию с макрофагами и улучшению иммунорегу ляторной функции.

Таким образом, консервативные участ ки белка SP-D наиболее связаны с функ циональными доменами, в то же время в структурных доменах присутствует наибольшее количество различий в аминокислотной структуре. Само по себе наличие изменений у разных видов говорит о том, что эволюция данного белка не закончена, но большая консервативность функциональных доменов свидетельствует о большом возрасте и уровне сформиро-ванности функций белка. В то же время повышение эффективности работы белка может быть достигнута при помощи изменений его структурных доменов и повышении способности к функциональной олигомеризации и связыванию с макрофагами.