含‘防御性’信号肽的三类树蛙活性肽的结构与功能研究

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两栖动物皮肤中含有丰富的活性多肽,被称为天然活性多肽的分子资源库,是人类研究和开发药用活性肽的一个重要源泉。  以广西棱皮树蛙(Thelodermakwangsiensis)和屏边泛树蛙(Polypedatespingbianenisis)为研究对象,采用超滤管离心、反向高效液相色谱、活性跟踪等手段,得到了三条活性多肽,应用Edman降解法、质谱以及基因克隆等手段确定它们的核苷酸序列和相应的氨基酸序列,通过与两栖皮肤同类活性肽的氨基酸序列比较,将这三条活性多肽分别命名为:pleurain-al-thel、tachykinin-Thel和polypedatein。比较三条多肽与其它活性多肽的前体序列,它们都具有使两栖动物逃避被捕食或抗微生物感染的防御性功能,信号肽部分相似度较高,将这几类活性性多肽统称为防御性多肽,它们保守的信号肽部分建议为‘防御性’信号肽。最后,对这三条活性多肽分别进行了生物学活性分析,构建了系统进化树。  从广西棱皮树蛙皮肤分泌液分离到抗菌肽pleurain-al-thel,其氨基酸序列是RILTMTKRVKMPQLYKQIVCRLFKTC,由26个氨基酸残基组成,分子量为3194.796Da,预测等电点(pI)是10.57。结构分析发现pleurain-al-thel与蛙科来源的抗菌肽pleurain-al具有非常高的序列相似性,属于pleurain-al家族,表明蛙科和树蛙科都有共同的抗菌肽家族。抑菌活性检测发现,Pleurain-al-thel对白色念珠菌C.albicansATCC2002的抑菌活性较强,MIC值为10μg/ml,对其它已经测试的微生物抑菌活性较弱。Pleurain-al-thel几乎没有溶血活性,在浓度为100和200μg/ml时对人红细胞的溶血活性分别为2.5%和3.7%,对兔红细胞的溶血活性分别为3.2%和3.5%。此外,我们还对pleurain-al-thel多肽的结构进行了CD和NMR分析,发现pleurain-al-thel在MeOH/H2O溶液以及SDS溶液中主要以α-helix为主,原因可能是两栖类皮肤抗菌肽是诱导表达型,MeOH/H2O溶液以及SDS溶液是一种拟膜溶液,在拟膜溶液中抗菌肽具有两亲性构象,有利于pleurain-al-thel与细菌质膜的相互作用,为其杀菌活性提供物质基础。核酸系统发育树上,pleurain-al-thel与pleurain-al在同一分支上。  从广西棱皮树蛙皮肤分泌液分离出速激肽tachykinin-Thel,其氨基酸序列是KPSPDRFYGLM,由11个氨基酸残基组成,分子量是1309.6Da,预测等电点(pI)是8.59。结构分析发现tachykinin-Thel是一个典型的速激肽样多肽,其C端含有速激肽类多肽保守性的结构F(Y/I)GLM-NH2。Tachykinin-Thel与雨蛙来源的tachykininH1具有80%的序列相似性,结构上的高相似性可能与它们的生存环境相似有关。Tachykinin-Thel可以诱导豚鼠回肠肌收缩,在16nM浓度下收缩达到最大,氨基酸发育树上Tachykinin-Thel与雨蛙科来源的速激肽tachykininH1在同一小分支上。  从屏边泛树蛙皮肤分泌液得到polypedatein,其氨基酸序列是TLLCKYFAIC,由10个氨基酸残基组成,分子量是1173.59Da,预测等电点(pI)是7.74。Polypedatein与目前已经发现的任何两栖动物来源的活性多肽的成熟肽部分没有相同的保守性结构,表明其属于一个新的两栖类亲肌肽家族,与两栖类皮肤其它亲肌肽结构比较,它们的信号肽具有高度的序列相似性。Polypedatein能够诱导大鼠回肠肌收缩,EC50为10μM,不具有抗菌和蛋白酶抑制剂等活性。核酸发育树上与polypedatein关系最近的是来源于无指盘臭蛙皮肤分泌液的tachykinin-O。  通过对三条多肽前体序列的比较分析,它们与两栖类皮肤其它类活性多肽在信号肽部分具有很高的相似性,而两栖类皮肤活性肽如抗菌肽让两栖动物免受病原微生物的感染,缓激肽、速激肽因为具有致痛和诱导胃肠道平滑肌收缩作用而让两栖动物逃避捕食者的捕食,镇痛肽具有镇痛作用可以让两栖动物减轻伤痛。从这些多肽的生物学功能本质来看都与防御功能密切相关,因此,这类多肽可以统称为防御性多肽,它们保守的信号肽,我们建议为‘防御性’信号肽。
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