Серпин суперотбасысы: құрылымы мен қызметтерінің алуан түрлілігі

Кіріспе

Ақуыздардың ұқсас құрылымдары және әртүрлі функциялары бар суперотбасы

Серпиндер – бұл протеазаларды тежеу белсенділігі үшін алғаш рет анықталған және тіршіліктің барлық патшалықтарында кездесетін ұқсас құрылымдары бар ақуыздардың суперотбасы. «Серпин» деген аббревиатура алғашқыда анықталған серпиндердің серин протеазаларына (серин протеаза тежегіштеріне) ұқсас химотрипсинге әсер ететіндіктен пайда болды. Олардың ерекше әрекет ету механизмімен ерекшеленеді, олар мақсатты протеазаның белсенді ортасын бұзатын үлкен конформациялық өзгеріске ұшыраған кезде оны қайтымсыз тежейді. Бұл протеазаның белсенді ортасына байланып, кіруін бөгейтін протеаза тежегіштерінің көбірек таралған бәсекелестік механизмінен өзгеше. Олардың ерекше конформациялық өзгерісі оларды құрылымдық биология және белоктардың бүктелуін зерттеу қауымдастықтары үшін қызығушылық тудырады. Бірақ серпиндер антитромбин мен альфа-1 антитрипсин 1950 жылдарға дейін оқшауланбады, ал 1979 жылы олардың жақын туыстық гомологиясы анықталды. Олардың жаңа протеин отбасы екені, ингибитор емес жұмыртқа ақуызы овалбуминмен одан әрі сәйкестендірілгеннен кейін анық болды, бұл бастапқыда серин протеиназа тежегіштерінің альфа-1 антитрипсин-антитромбин III-овалбумин суперотбасы деп аталды, бірақ кейіннен «Серпиндер» деп қайта аталды. Жаңа отбасының бастапқы сипаттамасы қан плазмасында жоғары концентрацияда кездесетін серпин – альфа-1 антитрипсинге негізделген, оның жиі кездесетін генетикалық бұзылысы өкпе ауруы – эмфиземаға және бауыр циррозына бейімділікті тудырады. 1982 жылы генетикалық жетіспеушілікке жауапты S және Z мутациялары анықталды, содан кейін альфа-1 антитрипсин мен антитромбиннің тізбектемелік сәйкестендірілуі екі белоктың белсенді орындарының жақын гомологиясын көрсетті, альфа-1 антитрипсиннің метионині тіндік эластазаның тежегіші ретінде, ал антитромбиннің аргинині тромбиннің тежегіші ретінде. Серпиндерді тежеудің ерекшелігін анықтаудағы белсенді орталық қалдықтарының маңызды рөлі, альфа-1 антитрипсиннің белсенді орталық метионинінің антитромбин сияқты аргининге мутациясы ауыр қан кету бұзылысына әкелетіндігімен нақты расталды. Бұл белсенді орталықтың тежеу ерекшелігі көптеген басқа протеаза тежегіштері отбасыларында да байқалды. Бұл, сондай-ақ оралма (жарылмаған) овалбуминнің құрылымын шешу, серпиндердің тежеу механизмі реактивті орынды қамтитын ашық пептидтік циклдің қозғалысы мен оның серпин молекуласын сипаттайтын бета-қапталған негізгі табаққа ортаңғы жіп ретінде енуімен ерекше конформациялық өзгеріске ұшырайтынын көрсетті. Бұл циклдің тежеу механизміндегі маңызды рөлінің алғашқы дәлелі антитромбиндегі қозғалыстың шаршысын құрайтын аминқышқылдарының қалдықтарындағы тіпті ең кішкентай бұрмалаулардың да тромбоз ауруына әкелетіндігін көрсетті. 2000 жылы бұл циклдің қозғалысы арқылы мақсатты протеазаның ығысуы, альфа-1 антитрипсин мен трипсиннің тежеу кешенінің құрылымымен расталды, сондай-ақ адам плазмасындағы функционалды түрлі серпиндердің болуы анықталды. Қазіргі уақытта 1000-нан астам серпин анықталды, оның ішінде 36 адам ақуызы, сондай-ақ барлық тіршілік әлеміндегі – жануарлар, өсімдіктер, саңырауқұлақтар, бактериялар, археялар және кейбір вирустардағы молекулалар бар. Олардың барлығының ортақ ерекшелігі – тығыз сақталған құрылым, бұл олардың негізгі құрылымдық және функционалдық компоненттерін альфа-1 антитрипсиннің үлгі құрылымына сәйкес дәл орналастыруға мүмкіндік береді. 2000 жылдары серпин суперотбасының мүшелерін олардың эволюциялық қатынастарына сәйкес жіктеу үшін жүйелі номенклатура енгізілді. Сондықтан серпиндер – протеаза тежегіштерінің ең үлкен және әртүрлі суперотбасы болып табылады.

Serpins are a superfamily of proteins with similar structures that were first identified for their protease inhibition activity and are found in all kingdoms of life. The acronym serpin was originally coined because the first serpins to be identified act on chymotrypsin like serine proteases (serine protease inhibitors). They are notable for their unusual mechanism of action, in which they irreversibly inhibit their target protease by undergoing a large conformational change to disrupt the target's active site. This contrasts with the more common competitive mechanism for protease inhibitors that bind to and block access to the protease active site. Their unique conformational change also makes them of interest to the structural biology and protein folding research communities. but it was not until the 1950s that the serpins antithrombin and alpha 1 antitrypsin were isolated, with the subsequent recognition of their close family homology in 1979. That they belonged to a new protein family became apparent on their further alignment with the non inhibitory egg white protein ovalbumin, to give what was initially called the alpha1 antitrypsin antithrombin III ovalbumin superfamily of serine proteinase inhibitors, but was subsequently succinctly renamed as the Serpins. The initial characterisation of the new family centred on alpha1 antitrypsin, a serpin present in high concentration in blood plasma, the common genetic disorder of which was shown to cause a predisposition to the lung disease emphysema and to liver cirrhosis. The identification of the S and Z mutations responsible for the genetic deficiency and the subsequent sequence alignments of alpha1 antitrypsin and antithrombin in 1982 led to the recognition of the close homologies of the active sites of the two proteins, centred on a methionine in alpha1 antitrypsin as an inhibitor of tissue elastase and on arginine in antithrombin as an inhibitor of thrombin. The critical role of the active centre residue in determining the specificity of inhibition of serpins was unequivocally confirmed by the finding that a natural mutation of the active centre methionine in alpha1 antitrypsin to an arginine, as in antithrombin, resulted in a severe bleeding disorder. This active centre specificity of inhibition was also evident in the many other families of protease inhibitors This together with the subsequent solving of the structure of native (uncleaved) ovalbumin indicated that the inhibitory mechanism of the serpins involved a remarkable conformational shift, with the movement of the exposed peptide loop containing the reactive site and its incorporation as a middle strand in the main beta pleated sheet that characterises the serpin molecule. Early evidence of the essential role of this loop movement in the inhibitory mechanism came from the finding that even minor aberrations in the amino acid residues that form the hinge of the movement in antithrombin resulted in thrombotic disease. Ultimate confirmation of the linked displacement of the target protease by this loop movement was provided in 2000 by the structure of the post inhibitory complex of alpha1 antitrypsin with trypsin, with the functionally diverse serpins in human plasma. Over 1000 serpins have now been identified, including 36 human proteins, as well as molecules in all kingdoms of life—animals, plants, fungi, bacteria, and archaea—and some viruses. The central feature of all is a tightly conserved framework, which allows the precise alignment of their key structural and functional components based on the template structure of alpha1 antitrypsin. In the 2000s, a systematic nomenclature was introduced in order to categorise members of the serpin superfamily based on their evolutionary relationships. Serpins are therefore the largest and most diverse superfamily of protease inhibitors.

Белсенділік

Серпиндердің көпшілігі протеаза ингибиторлары болып табылады, олар клеткадан тыс, химотрипсинге ұқсас серин протеазаларын тежейді. Бұл протеазалардың белсенді орындарында катализдік триадада нуклеофильді серин қалдықтары болады. Мысалдарға тромбин, трипсин және адам нейтрофилдік эластазасы жатады. Серпиндер протеазаның катализдік механизмінен аралық затты ұстап алып, қайтымсыз, "қанатын қақтыратын" ингибиторлар ретінде әрекет етеді. Дегенмен, ферменттік химия ұқсас, және серпиндердің тежеу механизмі екі протеаза класы үшін де бірдей. Кросс-класс ингибиторлық серпиндерге серпин B4, қуыстық жасушалық карцинома антигені 1 (SCCA 1) және құс серпинінің миелоидты және эритроидты ядролық аяқталу сатысына тән белгілі бір белок (MENT) жатады, олардың екеуі де цистеин протеазаларына ұқсас папаинды тежейді.

Протеазаның ингибициясы

Адам серпиндерінің шамамен үштен екісі клеткадан тыс қызметтер атқарады, олардың қызметін реттеу үшін қан ағынындағы протеазаларды тежейді. Мысалы, клеткадан тыс серпиндер қан ұюға (антитромбин), қабыну және иммундық жауаптарға (антитрипсин, антихимотрипсин және С1 тежегіші) және тіндерді қайта құруға (PAI 1) қатысты маңызды протеолитикалық каскадтарды реттейді. Адам серпиндерінің тізімі (төменде) адам серпиндері атқаратын функциялардың әртүрлілігіне, сондай-ақ серпин жетіспеушілігінен туындайтын кейбір ауруларға мысалдар келтіреді. Клетка ішіндегі тежегіш серпиндердің протеазалық нысаналарын анықтау қиын болды, себебі осы молекулалардың көптегені бір-бірімен қабаттасқан рөлдерді атқарады. Сонымен қатар, көптеген адам серпиндерінің егеуқұйрық сияқты модельдік организмдерде нақты функционалдық эквиваленттері жоқ. Дегенмен, клетка ішіндегі серпиндердің маңызды функциясы – клетка ішіндегі протеазалардың қате белсенділігінен қорғану болуы мүмкін. Мысалы, адам клеткаларындағы ең жақсы сипатталған серпиндердің бірі – Serpin B9, ол цитотоксикалық гранула протеазасы granzyme B-ді тежейді. Осылайша, Serpin B9 granzyme B-дің кездейсоқ босатылуына және жасушалардың өлім жолының ерте немесе қажетсіз белсендірілуіне қарсы қорғауы мүмкін. Кейбір вирустар серпиндерді өздерінің иесіндегі протеаза функцияларын бұзу үшін пайдаланады. Жұққан иелік жасушаларының қабыну және апоптоз реакциясын болдырмау үшін сиыр шешек вирустық серпині CrmA (цитокинге жауап модификаторы A) қолданылады. CrmA, цистеин протеазасы каспаза 1 арқылы IL 1 және IL 18 өңдеуін тежеу арқылы иесінің қабыну реакциясын басу арқылы жұққыштығын арттырады. Эукариоттарда өсімдік серпині метакаспаздарды да, папаинге ұқсас цистеин протеазасын да тежейді.

Ингибиторлық емес рөлдер

Ингибиторлық емес клеткадан тыс серпиндер де кең ауқымды маңызды қызметтерді атқарады. Тироксин байланыстыратын глобулин және транскортин тироксин мен кортизол гормондарын сәйкесінше тасымалдайды. Жылу соққысы серпині 47 – коллагеннің дұрыс бүктелуі үшін қажетті шаперрон. Ол коллагеннің үштік спиралін эндоплазмалық ретикулумда өңделген кезде тұрақтандыру арқылы әрекет етеді. Кейбір серпиндер протеаза ингибиторлары болып табылады және қосымша рөлдерді атқарады. Мысалы, құстардағы ядролық цистеин протеазасы ингибиторы MENT, құстардың қызыл қан жасушаларында хроматин қайта құру молекуласы ретінде де әрекет етеді.

Құрылымы

Барлық серпиндер, әр түрлі функциялары болғанына қарамастан, ортақ құрылымға (немесе бүгілуге) ие. Олардың барлығы әдетте үш β-парақ (A, B және C деп аталады) және сегіз немесе тоғыз α-спираль (hA–hI деп аталады) қамтиды. Серин және цистеин протеазалары екі қадамдық процесс арқылы пептидтік байланыстың үзілуін катализдейді. Алғашқыда, белсенді ортақтың каталитикалық қалдығы субстраттың пептидтік байланысына нуклеофильдік шабуыл жасайды. Бұл жаңа N-терминалды босатып, фермент пен субстрат арасында коваленттік эстерлік байланыс құрайды. Бұл конформациялық өзгеріс серпинді тиімдірек ингибитор етеді. Бұл жағдайдың классикалық мысалы – плазмада жартылай енгізілген, салыстырмалы түрде белсенді емес күйде айналатын антитромбин. Бастапқы ерекшелікті анықтайтын қалдық (P1 аргинин) серпин денесіне қарай бағытталған және протеаза үшін қол жетімді емес. Ұзын тізбекті гепариндегі жоғары сәйкестікке ие пентасахаридтік тізбекпен байланысқан кезде антитромбин конформациялық өзгеріске ұшырайды, RCL шығарылады және P1 аргинин ашылады. Гепарин пентасахаридімен байланысқан антитромбин түрі, осылайша, тромбин мен X фактордың тиімдірек ингибиторы болып табылады. Бұған қоса, бұл екі коагуляциялық протеазаның құрамында гепаринге байланысатын орындар (экзосайттар деп аталады) бар. Сондықтан гепарин протеаза мен серпиннің байланысуы үшін матрица ретінде әрекет етеді, бұл екі тараптың өзара әрекеттесуін одан әрі күшейтеді. Алғашқы өзара әрекеттесуден кейін соңғы серпин кешені қалыптасады және гепарин бөлігі босатылады. Бұл өзара әрекеттесу физиологиялық маңызға ие. Мысалы, қан тамыр қабырғасы зақымданғанда гепарин әсер етеді және антитромбин қан ұю реакциясын бақылау үшін белсендіріледі. Бұл өзара әрекеттесудің молекулалық негізін түсіну гепарин пентасахаридінің синтетикалық түрі – антикоагулянттық препарат ретінде қолданылатын Фондапаринукстың жасалуына мүмкіндік берді.

Жасырын пішін

Кейбір серпиндер протеазамен тілінеше алмай-ақ, S-ден R-ге өту процесін өздігінен бастан кешіреді, осылайша "жасырын" күй деп аталатын конформацияға ие болады. Жасырын серпиндер протеазалармен өзара әрекеттесе алмайды, сондықтан енді протеаза ингибиторлары емес. Конформациялық жасырын күйге өту, тілінген серпиннің S-ден R-ге өтуімен толыққандай сәйкес келмейді. RCL әлі де бұзылмағандықтан, RCL толық енуі үшін C парақтың бірінші жіптерінің ажырауы қажет. Кейбір серпиндерде, мысалы PAI 1-де, жасырын күйге өтуді реттеу бақылау механизмі ретінде қызмет ете алады. PAI 1 ингибиторлық S конформациясында түзілсе де, егер ол витронектин кофакторымен байланыспаса, "авто-инактивацияға" ұшырайды, яғни жасырын күйге өтеді. Соңында, Thermoanaerobacter tengcongensis серпинінің N-ұшы молекуланы туа біткен ингибиторлық күйде ұстап тұру үшін қажет. N-терминалды аймақ құратын өзара әрекеттесулердің бұзылуы осы серпиннің жасырын конформациясына өздігінен конформациялық өзгеруіне алып келеді.

Ингибиторлық емес функциялардың конформациялық өзгеруі

Белгілі бір ингибиторлық емес серпиндер де өз функцияларының бір бөлігі ретінде серпин конформациялық өзгерісін пайдаланады. Мысалы, тироксин байланыстыратын глобулиннің туынды (S) түрі тироксинге жоғары туыстығы бар, ал кесілген (R) түрі төмен туыстығы бар. Сол сияқты, транскортиннің кортизолға туыстығы оның туынды (S) күйінде, кесілген күйіне қарағанда жоғары болады. Осылайша, бұл серпиндерде RCL кесілуі және S-ден R-ге өту, протеазаны тежеуге емес, лигандты босатуға мүмкіндік беру үшін пайдаланылады. Кейбір серпиндерде S-ден R-ге өту жасушалық сигналдау оқиғаларын белсендіруі мүмкін. Бұл жағдайларда, мақсатты протеазамен кешен құрған серпин рецептормен танылады. Байланыс оқиғасы рецептор арқылы төмен қарайғы сигналдауға әкеледі. Сондықтан S-ден R-ға өту жасушаларды протеаза белсенділігінің болуы туралы ескерту үшін қолданылады. Сонымен қатар, Drosophila necrotic serpin Липофорин рецепторы 1 (сүтқоректілердің LDL рецепторлар отбасысына гомолог) арқылы жасушаға жеткізілгеннен кейін лизосомада ыдырайды.

Аурулар мен серпинопатиялар

Серпин қатарлы көптеген физиологиялық функцияларға қатысады, сондықтан оларды кодтайтын гендердегі мутациялар түрлі ауруларды тудыруы мүмкін. Серпиннің активтілігін, таңдаулылығын немесе агрегациялық қасиеттерін өзгертетін мутациялар олардың жұмыс істеу механизміне әсер етеді. Серпинмен байланысты аурулардың көп бөлігі серпиннің полимерленуінен және агрегаттар түзілуінен пайда болады, алайда, ауруға байланысты басқа да түрлі мутациялар да кездеседі. Альфа-1 антитрипсин тапшылығы – ең көп таралған тұқым қуалайтын аурулардың бірі.

Белсенділіксіз немесе жоқ

Кернеулі серпин бүгілуі жоғары энергиялы болғандықтан, мутациялар оларды тежеушілік қызметін толық атқармай тұрып, төменгі энергиялы конформацияларға (мысалы, бос немесе жасырын) бұрмалауы мүмкін. Сол сияқты, мономерлік жасырын күйге көшуді күшейтіп жіберетін мутациялар, белсенді ингибиторлық серпин мөлшерін азайту арқылы ауруға себеп болады. Мысалы, аурумен байланысты антитромбин варианттары – wibble және wobble, екеуі де жасырын күйдің қалыптасуын күшейтеді. Антихимотрипсиннің (L55P) аурумен байланысты мутантының құрылымы басқа, инертті "δ конформациясын" ашты. δ конформациясында RCL-дің төрт қалдығы β-парақтың үстіңгі бөлігіне енгізіледі. Парақтың төменгі жартысы α спиралінің бірінің (F спиралі) ішінара β-талшық конформациясына өтуі нәтижесінде толады, бұл β-парақтың сутегі байланысын аяқтайды. Басқа серпиндердің осы конформацияны қабылдауы және осы конформацияның қызметтік рөлі бар-жоғы белгісіз, бірақ тироксин босатылу кезінде тироксин байланыстыратын глобулиннің δ конформациясын қабылдауы мүмкін деп болжанады. Гендік жою, әсіресе егешқұстарда, серпиндердің қалыпты функцияларын олардың жоқтығының әсері арқылы анықтау үшін тәжірибелік түрде қолданылады. Серпин агрегатының әрбір мономері инертті, бос конформацияда болады (RCL А парағына енгізілген). Сондықтан полимерлер температураға тұрақты және протеазаларды тежеуге қабілетсіз. Сондықтан серпинопатиялар басқа протеопатияларға ұқсас патологияларды (мысалы, прион аурулары) екі негізгі механизм арқылы тудырады. Біріншіден, белсенді серпиннің жетіспеуі протеазаның бақылаусыз белсенділігіне және тіндердің зақымдануына әкеледі. Екіншіден, гипертұрақты полимерлер серпиндерді синтездейтін жасушалардың эндоплазмалық торларын бітеп тастайды, нәтижесінде жасушалардың өліміне және тіндердің зақымдануына әкеледі. Антитрипсин тапшылығында антитрипсин полимерлері бауыр жасушаларының өліміне себеп болады, кейде бауырдың зақымдануына және циррозға әкеледі. Жасуша ішінде серпин полимерлері эндоплазмалық торда ыдырау арқылы баяу жойылады. Алайда, серпин полимерлерінің жасуша өліміне қалай себеп болатыны әлі толыққанды түсіндірілмеген. Домен алмасуы мутациялар немесе қоршаған орта факторлары серпиннің туа бастапқы күйге бүгілуінің соңғы кезеңдеріне кедергі келтіргенде, жоғары энергиялы аралық заттардың бұрмалануына әкеледі. Димерлік және тримерлік домен алмасу құрылымдары да анықталған. Димерде (антитромбин) RCL және А парағының бір бөлігі басқа серпин молекуласының А парағына енгізіледі. Сондай-ақ, серпиндер бір белоктың RCL-ін екіншісінің А парағына (А парағының полимерленуі) енгізу арқылы домен алмасуын қалыптастыруы мүмкін деп ұсынылған. Бұл домен алмастырылған димерлік және тримерлік құрылымдар полимерлік агрегаттарды құрайтын аурудың құрылыс блоктары деп есептеледі, бірақ нақты механизм әлі де белгісіз.

Since the stressed serpin fold is high energy, mutations can cause them to incorrectly change into their lower energy conformations (e. g. relaxed or latent) before they have correctly performed their inhibitory role. Similarly, mutations that promote inappropriate transition to the monomeric latent state cause disease by reducing the amount of active inhibitory serpin. For example, the disease linked antithrombin variants wibble and wobble, both promote formation of the latent state. The structure of the disease linked mutant of antichymotrypsin (L55P) revealed another, inactive "δ conformation". In the δ conformation, four residues of the RCL are inserted into the top of β sheet A. The bottom half of the sheet is filled as a result of one of the α helices (the F helix) partially switching to a β strand conformation, completing the β sheet hydrogen bonding. It is unclear whether other serpins can adopt this conformer, and whether this conformation has a functional role, but it is speculated that the δ conformation may be adopted by Thyroxine binding globulin during thyroxine release. Gene knockouts, particularly in mice, are used experimentally to determine the normal functions of serpins by the effect of their absence. Each monomer of the serpin aggregate exists in the inactive, relaxed conformation (with the RCL inserted into the A sheet). The polymers are therefore hyperstable to temperature and unable to inhibit proteases. Serpinopathies therefore cause pathologies similarly to other proteopathies (e. g. prion diseases) via two main mechanisms. First, the lack of active serpin results in uncontrolled protease activity and tissue destruction. Second, the hyperstable polymers themselves clog up the endoplasmic reticulum of cells that synthesize serpins, eventually resulting in cell death and tissue damage. In the case of antitrypsin deficiency, antitrypsin polymers cause the death of liver cells, sometimes resulting in liver damage and cirrhosis. Within the cell, serpin polymers are slowly removed via degradation in the endoplasmic reticulum. However, the details of how serpin polymers cause cell death remains to be fully understood. Domain swaps occur when mutations or environmental factors interfere with the final stages of serpin folding to the native state, causing high energy intermediates to misfold. Both dimer and trimer domain swap structures have been solved. In the dimer (of antithrombin), the RCL and part of the A sheet incorporates into the A sheet of another serpin molecule. It has also been proposed that serpins may form domain swaps by inserting the RCL of one protein into the A sheet of another (A sheet polymerisation). These domain swapped dimer and trimer structures are thought to be the building blocks of the disease causing polymer aggregates, but the exact mechanism is still unclear.

Емдеу әдістері

Ең көп таралған серпинопатия – антитрипсин жетіспеушілігін емдеу үшін бірнеше терапиялық тәсілдер қолданылуда немесе зерттелуде. Бұл емдеуде антитрипсин қан донорларының плазмасынан тазартылып, тамырға жіберіледі (алғаш рет Prolastin деген атпен сатылды). Антитрипсин жетіспеушілігімен байланысты ауыр сырқаттарды емдеу үшін өкпе және бауыр трансплантациясы тиімді деп дәлелденді. Жануарлар моделінде индуцирленген плюрипотентті шешек жасушаларында гендік таргеттеу антитрипсин полимерленуінің кемістігін түзетуге және сүтқоректілердің бауырының белсенді антитрипсин секрециялау қабілетін қалпына келтіруге сәтті қолданылды. Сонымен қатар, in vitro жағдайында антитрипсин полимерленуін тоқтатуға қабілетті шағын молекулалар да жасалды.

Мамандандырылған сүтқоректілер серпиндері

Көптеген сүтқоректілердегі серпиндер адам серпинінің анық гомологтарымен байланысы жоқ екені анықталды. Мысалға, көптеген кеміргіштердің серпиндері (әсіресе егешкілердің жасуша ішіндегі кейбір серпиндері) және жатыр серпиндері жатады. "Жатыр серпині" термині SERPINA14 генімен кодталған серпин А кладының мүшелерін білдіреді. Жатыр серпиндері Laurasiatheria кладына жататын шектеулі сүтқоректілер тобының эндометрийімен прогестерон немесе эстроген әсерінен өндіріледі. Олар, әдетте, функционалды протеиназа ингибиторлары емес, жүктілік кезінде аналық организмнің ұрыққа қарсы иммундық жауабын тежеуге немесе трансплацентарлық тасымалдауға қатысуы мүмкін.

Құрт-құмырсқа

Drosophila melanogaster геномында 29 серпин кодтайтын ген бар. Аминқышқылдарының тізбегін талдау нәтижесінде осы серпиндердің 14-і серпин клады Q-ға, ал үшеуі серпин клады K-ға жатқызылды, қалған он екісі ешқандай кладқа жатпайтын «жетім» серпиндер деп жіктелді. Drosophila серпиндері үшін кладтық жіктеу жүйесін қолдану қиындық тудырады, сондықтан серпин гендерінің Drosophila хромосомаларындағы орнына негізделген номенклатура жүйесі қабылданды. Дрозофила серпиндерінің 13-і геномда жеке гендер түрінде кездеседі (соның ішінде Serpin 27A, төменде қараңыз), ал қалған 16-ы бес гендік кластерлерге біріккен, олар хромосоманың 28D (2 серпин), 42D (5 серпин), 43A (4 серпин), 77B (3 серпин) және 88E (2 серпин) позицияларында орналасқан. Дрозофила серпиндерін зерттеу нәтижесінде Serpin 27A Пасха протеазасын (Нюдель, Гаструляция Дефекті, Жылан және Пасха протеолиз каскадындағы соңғы протеазаны) тежейтіні және осылайша дорсовентральді құрылымдалуды бақылайтыны анықталды. Пасха Spätzle-ді (химокин типтегі лиганд) ыдыратуға қатысады, бұл Toll-мен жүзеге асырылатын сигнал беруге әкеледі. Эмбриондық құрылымдалудағы негізгі рөлімен қатар, Toll сигналы жәндіктердің туа біткен иммундық жауабы үшін де маңызды. Сәйкесінше, Serpin 27A жәндіктердің иммундық жауабын басқаруға да қатысады. Tenebrio molitor (ірі қоңыз) -да екі жеке тандемді серпин доменінен тұратын SPN93 ақуызы Toll протеолиз каскадын реттеуге жұмыс істейді.

Нематодтар

Нематод құрты C. elegans геномында 9 серпин бар, олардың барлығында сигналдық тізбектер жоқ, сондықтан олардың клетка ішінде болуы мүмкін. Дегенмен, осы серпиндердің тек 5-і ғана протеаза ингибиторлары ретінде қызмет ететін сияқты.

Өсімдік

Өсімдік серпиндері – бұл суперотбасының ең алғаш анықталған мүшелерінің бірі болды. Арпа серпинінің Z протеині арпа дәнінде көп мөлшерде кездеседі және сыраның маңызды ақуыз компоненттерінің бірі болып табылады. Модельдік өсімдік Arabidopsis thaliana геномында 18 серпинге ұқсас ген бар, бірақ олардың тек 8-і ғана толық серпин тізбегін құрайды. Өсімдік серпиндері – сүтқоректілердің химотрипсин сияқты серин протеазаларының қуатты тежегіштері, ең жақсы зерттелген мысалы – арпа серпині Zx (BSZx), ол трипсин мен химотрипсин, сондай-ақ бірнеше қан ұю факторларын тежеуге қабілетті. Дегенмен, химотрипсин сияқты серин протеазаларының жақын туыстары өсімдіктерде кездеспейді. Бидай дәнінен және қара бидайдан алынған бірнеше серпиннің RCL-інде эндоспермнің проламині сақтау ақуыздарындағыдай поли Q қайталама тізбектері бар. Сондықтан, өсімдік серпиндері дәнді сақтау ақуыздарын қорытатын жәндіктер мен микроорганизмдердің протеазаларын тежеу үшін жұмыс істейтіні болжанады. Бұл гипотезаны қолдай отырып, тығыз жеміс (CmPS 1) және қияр өсімдіктерінің флоэма шырынында нақты өсімдік серпиндері анықталды. CmPS 1 экспрессиясының жоғарылауы мен құрттардың тіршілік етуі арасында кері корреляция байқалғанымен, in vitro тамақтандыру тәжірибелерінде рекомбинантты CmPS 1 құрттардың тіршілік етуіне әсер етпейтіні анықталды. AtSerpin1 де in vitro жағдайында метакаспазаға ұқсас протеазаларды тежейді.

Саңырауқұлақ

Осы уақытқа дейін бір ғана саңырауқұлақ серпині сипатталған: Piromyces spp. E2 штаммынан. Пиромицес – қайыратын малдың ішегінде кездесетін анаэробты саңырауқұлақтар туысы және өсімдік материалдарын қорытуға маңызды. Ол тежегіштік қасиеттеріне ие және серпин доменінен өзге екі N-терминалды доккерин доменін қамтиды. Доккериндер көбінесе саңырауқұлақтың целлюлозомасына локалданатын белоктарда кездеседі – целлюлозаны ыдырататын ірі клеткадан тыс көп белокты кешен. Көптеген бактериялық серпиннің нақты қызметі әлі де түсініксіз, бірақ Clostridium thermocellum серпині целлюлозомаға локалданады. Целлюлозомамен байланысты серпиннің қызметі целлюлозомаға қарсы зиянды протеазалық белсенділіктің алдын алу болуы мүмкін.

Вирустық

Серпиндер вирустарда да жұмыс иесінің иммундық қорғанысынан қашу үшін қолданылады. Атап айтқанда, сиыр шешегі (вакцина) және қоян шешегі (миксома) сияқты шешек вирустарының экспрессиялайтын серпиндері иммундық және қабыну ауруларын, сондай-ақ трансплантациялық терапия үшін жаңа терапиялық құрал ретінде қолдану мүмкіндігіне байланысты қызығушылық тудырады. Serp1 TLR-мен шақырылған туа біткен иммундық жауапты басады және егеуқұйрықтарда жүрек аллотрансплантациясы кезінде ұзақ өмір сүруге мүмкіндік береді. Crma және Serp2 екі класс ингибиторлары болып табылады және серин (гранзим B; салыстырмалы түрде әлсіз болса да) және цистеин протеазаларын (каспаза 1 және каспаза 8) бағыттайды. Сүтқоректілердегі серпиндермен салыстырғанда, вирус серпиндері екіншілік құрылым элементтерінің маңызды бөліктерінің жоғалуын қамтиды. Атап айтқанда, crmA-да D спиралі, сондай-ақ A және E спиральдерінің маңызды бөліктері жоқ.