防御素 , α, 5
DEFA5是在上皮细胞中表达的抗微生物肽(Jones and Bevins,1992)。
几个器官系统的粘膜表面是宿主抵抗微生物的重要界面。防御素是先前从髓样来源的细胞中分离出的一类抗菌肽,被证明有助于防御。防御素由30至40个氨基酸组成,具有选择性破坏膜的能力。使用Southern印迹和基因组克隆分析,Jones and Bevins(1992)揭示了人类基因组中存在许多防御素相关序列。他们确定了一种新的人类防御素基因,将其命名为防御素5。DEF5在小肠的Paneth细胞中高度表达,使其成为人上皮细胞中表达的抗菌肽基因的第一个实例。他们的数据支持这样的假说,即上皮防御素使人肠具有增强其他抗菌活性的防御能力。
细胞遗传学位置:8p23.1
基因座标(GRCh38):8:7,055,303-7,056,738
Quayle等人使用3素RACE协议(1998年)从阴道上皮细胞RNA中克隆了DEFA5,他们将其称为HD-5,将这种防御素的已知分布扩展到了女性生殖道。通过RT-PCR分析,Quayle等(1998)在正常的阴道和子宫颈以及输卵管发炎中检测到了不变的表达,但是在正常的子宫颈,子宫内膜和输卵管中发现了不可变的表达。免疫组织化学和共聚焦显微镜检查表明,DEFA5定位于阴道和子宫颈的分层鳞状上皮的上半部,并且朝向管腔的强度增加。蛋白质印迹分析表明,在宫颈阴道灌洗液中可检测到分泌的DEFA5,在月经周期的分泌期浓度最高。
▼ 基因功能
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通过免疫细胞化学和免疫金电子显微镜分析,Porter等(1997年)表明DEFA5定位于人类回肠Paneth细胞中的分泌颗粒,而不是上皮内嗜中性粒细胞。重组DEFA5对肠道细胞系几乎没有或没有细胞毒性,表明防御素选择性地抵抗肠道中的微生物。
威尔逊等(1999)证明了α-防御素的活性受到基质溶素(178990)的调节。
通过使用能够感染HeLa细胞的假病毒来筛选抑制人乳头瘤病毒(HPV)感染的化合物,Buck等人(2006年)发现DEFA1(125220),DEFA2,DEFA3(604522)和DEFA5是粘膜和皮肤HPV的有效拮抗剂。DEFA4(601157)中的溶液的活性低,和DEFA6(600471),DEFB1(602056),和DEFB2(DEFB4; 602215)几乎没有活动。DEFA5对性遗传的HPV类型特别有效。DEFA1和DEFA5也抑制HPV介导的其他细胞类型的转导。免疫荧光共聚焦显微镜显示抑制作用发生在病毒颗粒从内吞小泡逃逸的水平上,而不是在病毒颗粒结合或内化上,并且伪病毒在初始结合细胞后仍保持易感性数小时。野生型DEFA2保留抗HPV作用的突变型DEFA2肽具有较低的抗菌活性,这表明将其掺入局部杀菌剂中可增强阴道的先天防御能力,而不会破坏正常菌群。
志贺氏菌是一种革兰氏阴性细菌,可引起全世界的细菌性痢疾。尽管缺乏菌毛或其他粘附机制,它仍会侵袭肠道上皮引起强烈的炎症和组织损伤。使用体外抗菌活性试验,Xu等(2018)结果表明,人抗微生物肽在低微摩尔浓度下对志贺氏菌表现出不同但较弱的杀菌活性。然而,志贺氏菌认为这种弱的杀菌活性增强了感染,因为添加了两种人类α-防御素HNP1(DEFA1)和HD5(DEFA5),增加了志贺氏菌对HeLa细胞的粘附和侵袭,肠溶性HD5明显更加有效。对志贺氏菌感染的体内动物模型以及体外和离体人类模型的研究证实,HD5通过增强细菌粘附和上皮细胞的侵袭来促进志贺氏菌感染。志贺氏菌中的菌丝表达或大肠杆菌或沙门氏菌中的菌丝缺失表明,尽管细菌中的菌丝缺乏导致固有的粘附能力差,这种缺陷大大增强了HD5介导细菌粘附宿主宿主上皮细胞的能力。对HD5介导的志贺氏菌粘附基础的结构基础分析表明,HD5中的天然三级结构,二聚化以及疏水和阳离子残基是增强志贺氏菌粘附力的关键。用各种细菌突变体进行的感染分析表明,HD5并非结合单个靶标,而是结合多种细菌膜蛋白来促进感染。
▼ 测绘
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通过分析一组人/仓鼠杂种,Bevins等人(1996)将DEF5基因和DEF6基因均定位于8号染色体。通过对含有8号染色体缺失或重复的细胞系DNA进行Southern印迹分析,并通过荧光原位杂交,他们进一步将基因定位于8pter-p21。造血防御素基因DEF1,DEF3和DEF4先前已定位到同一区域。人类造血和肠防御素基因的这种作图信息和序列比较表明了它们进化的机制,即原始防御素基因的早期复制产生了当今DEF5和DEF6的祖先基因。作者的模型进一步表明,随后的不平等减数分裂交换事件产生了一个额外的基因,该基因由来自两个亲本基因的序列的杂种组成,
▼ 动物模型
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为了研究DEFA5的体内作用,Salzman等人(2003年)开发了一个转基因小鼠模型,使用了一个2.9kb Defa5小基因,该基因包含2个Defa5外显子和1.4kb 5引物侧翼序列。Salzman等(2003年)表明,在这些小鼠中的Defa5表达对Paneth细胞具有特异性,并反映了内源性肠防御素基因的表达。转基因Defa5的储存和加工也与人类观察到的相匹配。Defa5转基因小鼠对鼠伤寒沙门氏菌的口服攻击具有明显的抗性。Salzman等(2003年)得出结论,他们的发现为上皮来源的防御素在哺乳动物宿主防御中的关键体内作用提供了支持。