LACTOFERRIN: STRUKTURA A FUNKCE - BIOLOGIE - 2025

Laktoferin, také známý jako apolactoferrina nebo lactotransferrin, je glykoprotein produkovaný mnoha druhů savců, které mají schopnost vázat a přenos iontů železa (Fe3 +). Nachází se ve většině tělních tekutin a souvisí s plazmatickým proteinem vázajícím železo známým jako „transferrin“.

Byl izolován v roce 1939 Sorensenem a Sorensenem z hovězího mléka a téměř o 30 let později, v roce 1960, Johannson určil jeho přítomnost v lidském mléce (jeho název pochází z jeho klasifikace jako nejhojnějšího proteinu vázajícího železo na světě). mléko).

Struktura laktoferinu (Zdroj: Lijealso via Wikimedia Commons)

Pozdější výzkumy identifikovaly laktoferrin v jiných exokrinních sekrecích, jako je žluč, pankreatická šťáva a sekrece tenkého střeva, jakož i v sekundárních granulích neutrofilů, plazmatických buňkách, které patří do imunitního systému.

Tento protein se také nachází v slzách, slinách, spermatu, vaginálních tekutinách, bronchiálních a nazálních sekrecích a v moči, ačkoli je zvláště hojný v mléce (je to druhý nejvyšší koncentrační protein po kaseinu) a kolostrum.

Ačkoli to bylo zpočátku považováno jednoduše za protein s bakteriostatickou aktivitou v mléce, jedná se o protein s celou řadou biologických funkcí, i když ne všechny mají co do činění s jeho schopností přenášet ionty železa.

Struktura laktoferinu

Laktoferrin, jak je uvedeno, je glykoprotein s molekulovou hmotností přibližně 80 kDa, který je složen ze 703 aminokyselinových zbytků, jejichž sekvence má velkou homologii mezi různými druhy. Je to základní protein, pozitivně nabitý as izoelektrickým bodem mezi 8 a 8,5.

N lalok a C lalok

Je tvořen jediným polypeptidovým řetězcem, který je složen za vzniku dvou symetrických laloků zvaných N lalok (zbytky 1-332) a C lalok (zbytky 344-703), které sdílejí 33-41% homologii mezi sebou.

Jak N lalok, tak C lalok jsou tvořeny p-složenými listy a alfa helixy, které tvoří dvě domény na lalok, doménu I a doménu II (C1, C2, N1 a N2).

Oba laloky jsou spojeny prostřednictvím "pantové" oblasti, která je tvořena alfa helixem mezi zbytky 333 a 343, což poskytuje proteinu větší molekulární flexibilitu.

Analýza aminokyselinové sekvence tohoto proteinu odhaluje velké množství potenciálních míst pro glykosylaci. Stupeň glykosylace je vysoce variabilní a určuje odolnost vůči proteázové aktivitě nebo vůči výrazně nízkému pH. Nejběžnějším sacharidem ve své uhlohydrátové části je manóza s asi 3% hexózovými cukry a 1% hexosaminy.

Každý lalok laktoferinu je schopný reverzibilně se vázat na dva kovové ionty, buď železo (Fe2 +, Fe3 +), měď (Cu2 +), zinek (Zn2 +), kobalt (Co3 +) nebo mangan (Mn2 +), v synergie s bikarbonátovým iontem.

Ostatní molekuly

Může se také vázat, i když s nízkou afinitou, na jiné molekuly, jako jsou lipopolysacharidy, glykosaminoglykany, DNA a heparin.

Když je protein vázán na dva ionty železa, je znám jako hololaktoferrin, zatímco když je ve své "volné" formě, nazývá se apolaktoferrin a když je vázán pouze na jeden atom železa, je znám jako monoferický laktoferrin.

Apolactoferrin má otevřenou konformaci, zatímco hololactoferrin má uzavřenou konfiguraci, díky čemuž je odolnější vůči proteolýze.

Jiné formy laktoferinu

Někteří autoři popisují existenci tří isoforem laktoferinu: α, β a γ. Forma laktoferinu-a je označena jako forma s vazebnou kapacitou pro železo a bez aktivity ribonukleázy. Formy laktoferinu-p a laktoferinu-y mají ribonukleázovou aktivitu, ale nejsou schopny vázat se na kovové ionty.

Funkce

Laktoferrin je glykoprotein s mnohem vyšší afinitou k vazbě na železo než transferin, proteinový transportér železa v krevní plazmě, což mu dává schopnost vázat ionty železa v široké škále pH.

Vzhledem k tomu, že má čistý pozitivní náboj a je distribuován v různých tkáních, jedná se o multifunkční protein, který se podílí na různých fyziologických funkcích, jako jsou:

- Regulace absorpce železa ve střevě

- Procesy imunitní reakce

- Antioxidační mechanismy těla

- Působí jako antikarcinogenní a protizánětlivé činidlo

- Je ochranným prostředkem proti mikrobiálním infekcím

- Funguje jako transkripční faktor

- Podílí se na inhibici proteáz

- Je to antivirový, antifungální a antiparazitický protein

- Funguje také jako prokoagulant a má aktivitu ribonukleázy

- Je to růstový faktor kostí.

Strukturální zobrazení laktoferinu a siderofóru E. coli (Zdroj: W. Henley prostřednictvím Wikimedia Commons)

Pokud jde o boj proti mikrobiálním infekcím, laktoferrin působí dvěma způsoby:

- sekvestrace železa v místech infekce (která způsobuje nutriční deficit u infekčních mikroorganismů, které působí jako bakteriostatikum) nebo

- Přímý kontakt s infekčním agens, který může způsobit lýzu buněk.

Farmakologická použití

Lactoferrin lze získat přímo tím, že se čistí z kravského mléka, ale jiné moderní systémy jsou založeny na jeho produkci jako rekombinantní bílkoviny v různých organismech se snadným, rychlým a ekonomickým růstem.

Jako účinná látka v některých léčivech se tento protein používá k léčbě žaludečních a střevních vředů, jakož i průjmu a hepatitidy C.

Používá se proti infekcím bakteriálního a virového původu a kromě toho se používá jako stimulátor imunitního systému k prevenci některých patologií, jako je rakovina.

Zdroje laktoferinu v lidském těle

Exprese tohoto proteinu může být detekována zpočátku ve dvou a čtyřech buněčných stádiích embryonálního vývoje a poté ve stádiu blastocyst až do doby implantace.

Později se projevuje v neutrofilech a v epiteliálních buňkách trávicího a reprodukčního systému.

Syntéza tohoto proteinu se provádí v myeloidním a sekrečním epitelu. U dospělého člověka jsou nejvyšší hladiny exprese laktoferinu detekovány v mateřském mléce a kolostra.

Může se také vyskytovat v mnoha sliznicích, jako jsou dělohy, semenné a vaginální tekutiny, sliny, žluč, pankreatická šťáva, sekrece z tenkého střeva, nazální sekret a slzy. Bylo zjištěno, že hladiny tohoto proteinu se mění během těhotenství a během menstruačního cyklu u žen.

V roce 2000 byla stanovena produkce laktoferinu v ledvinách, kde je exprimován a vylučován sběrnými tubuly a může být znovu absorbován v jeho distální části.

Většina plazmatického laktoferinu u dospělých lidí pochází z neutrofilů, kde je uložena ve specifických sekundárních granulích a v terciárních granulích (i když v nižších koncentracích).

Reference

1. Adlerova, L., Bartoskova, A., & Faldyna, M. (2008). Lactoferrin: recenze. Veterinarni Medicina, 53 (9), 457-468.
2. Berlutti, F., Pantanella, F., Natalizi, T., Frioni, A., Paesano, R., Polimeni, A., & Valenti, P. (2011). Antivirové vlastnosti laktoferinu - přirozené molekuly imunity. Molecules, 16 (8), 6992-7018.
3. Brock, J. (1995). Laktoferrin: multifunkční imunoregulační protein? Immunology today, 16 (9), 417-419.
4. Brock, JH (2002). Fyziologie laktoferinu. Biochemistry and Cell Biology, 80 (1), 1-6.
5. González-Chávez, SA, Arévalo-Gallegos, S. a Rascón-Cruz, Q. (2009). Lactoferrin: struktura, funkce a aplikace. Mezinárodní žurnál antimikrobiálních látek, 33 (4), 301-e1.
6. Levay, PF, a Viljoen, M. (1995). Lactoferrin: obecný přehled. Haematologica, 80 (3), 252-267.
7. Naot, D., Gray, A., Reid, IR, & Cornish, J. (2005). Lactoferrin - nový růstový faktor kostí. Clinical Medicine & Research, 3 (2), 93-101.
8. Sanchez, L., Calvo, M., & Brock, JH (1992). Biologická role laktoferinu. Archivy chorob v dětství, 67 (5), 657.