Нитрофорины: структура, функция и эволюция гемопротеинов слюны кровососущих насекомых.

Введение

Нитрофорины – это гемопротеины, обнаруженные в слюне кровососущих насекомых. Слюна кровососущего клопа Rhodnius prolixus содержит по меньшей мере семь гомологичных нитрофоринов, обозначенных NP1–NP7 в порядке убывания их относительной концентрации в железах. В изолированном виде нитрофорины содержат оксид азота (NO), координированный с ионом железа гема (Fe3+). Гистамин, высвобождаемый организмом-хозяином в ответ на повреждение тканей, является еще одним лигандом нитрофоринов. Нитрофорины транспортируют NO к месту питания. Разбавление, связывание гистамина и увеличение pH (от ~5 в слюнных железах до ~7,4 в тканях хозяина) способствуют высвобождению NO в ткани, где он вызывает вазодилатацию. Слюнный нитрофорин клопа Cimex lectularius (постельного клопа) не имеет сходства последовательности с нитрофоринами Rhodnius prolixus, но гомологичен инозитолполифосфат-5-фосфатазе. Предполагается, что два класса нитрофоринов насекомых возникли в результате конвергентной эволюции. Кристаллические структуры нескольких комплексов нитрофоринов известны. Структуры нитрофоринов Rhodnius prolixus демонстрируют липокалин-подобный восьмицепочечный β-барабан, три α-спирали и две дисульфидные связи, с гемом, вставленным в один конец барабана. Известно, что члены семейства липокалинов связывают различные мелкие гидрофобные лиганды, включая биливердин, аналогичным образом. Ион железа гема координирован с остатком гистидина (His 59). Положение His 59 ограничено водородной связью, опосредованной водой, с карбоксилатом остатка аспарагиновой кислоты (Asp 70). Связь His 59–Fe отклоняется примерно на 15° от плоскости имидазола. Asp 70 образует необычную водородную связь с одним из пропионатов гема, что указывает на измененный pKa этого остатка. В структуре NP1 с гистамином плоскости колец His 59 и гистамина имидазола расположены почти идентично тому, что наблюдается в окисленном цитохроме b5. Складка нитрофорина из Cimex lectularius состоит из центрального 11-цепочечного β-сэндвича и семи периферических α-спиралей. Гем расположен между β-листом и α-спиралью, при этом ион железа гема координирован с остатком цистеина. NO может связываться как с гемом Fe3+, так и с проксимальным лигандом Cys 60, вызывая обратимую S-нитрозилирование.

Nitrophorins are hemoproteins found in the saliva of blood feeding insects. Saliva of the blood sucking bug Rhodnius prolixus contains at least seven homologous nitrophorins, designated NP1 to NP7 in order of their relative abundance in the glands. As isolated, nitrophorins contain nitric oxide (NO) ligated to the ferric heme iron (Fe3+). Histamine, which is released by the host in response to tissue damage, is another nitrophorin ligand. Nitrophorins transport NO to the feeding site. Dilution, binding of histamine and increase in pH (from pH ~5 in salivary gland to pH ~7.4 in the host tissue) facilitate the release of NO into the tissue where it induces vasodilatation. The salivary nitrophorin from the hemipteran Cimex lectularius (bedbug) has no sequence similarity to Rhodnius prolixus nitrophorins but is homologous to the inositol polyphosphate 5 phosphatase It is suggested that the two classes of insect nitrophorins have arisen as a product of the convergent evolution. The crystal structures of several nitrophorin complexes are known. The Rhodnius prolixus nitrophorin structures reveal lipocalin like eight stranded β barrel, three α helices and two disulfide bonds, with heme inserted into one end of the barrel. Members of the lipocalin family are known to bind a variety of small hydrophobic ligands, including biliverdin, in a similar fashion. The heme iron is ligated to histidine residue (His 59). The position of His 59 is restrained through water mediated hydrogen bond to the carboxylate of aspartic acid residue (Asp 70). The His 59–Fe bond is bent ~15° out of the imidazole plane. Asp 70 forms an unusual hydrogen bond with one of the heme propionates, suggesting the residue has an altered pKa. In NP1 histamine structure, the planes of His 59 and histamine imidazole rings lie in an arrangement almost identical to that found in oxidized cytochrome b5. The fold of nitrophorin from Cimex lectularius consists of central 11 stranded β sandwich and seven peripheral α helices. The heme is positioned between β sheet and an α helix, with heme iron ligated to cysteinate residue. NO can bind both to heme Fe3+ and to proximal Cys 60 ligand causing reversible S nitrosylation.