結構生物化學/碳水化合物/碳水化合物和蛋白質

介紹

許多蛋白質要麼在結構和目的上添加了碳水化合物，要麼在細胞反應中使用碳水化合物作為底物。

碳水化合物結合分子和瘧疾

在一篇名為Carbohydrate Binding Molecules in Malaria Pathology 的論文中，Alan Brown 和 Matthew K Higgins 研究了糖蛋白 和瘧疾寄生蟲之間的關係。

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  人類血液中的惡性瘧原蟲環狀體和配子體。
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  瘧疾的主要症狀。
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  瘧疾寄生蟲在人體內的生命週期。
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  白紋伊蚊在人的手臂上吸血。

許多病原體，如細菌、病毒和寄生蟲，利用碳水化合物結合分子與宿主相互作用。碳水化合物在蛋白質的修飾和功能中起著重要作用。對病原性碳水化合物結合分子的新見解提供了潛在的治療靶點。糖蛋白在病原體與其宿主細胞的結合中起著關鍵作用。引起瘧疾的寄生蟲與人類的肝細胞 和紅細胞相互作用。這種糖蛋白介導的結合對於宿主細胞入侵、移動、逃避免疫系統的檢測和破壞至關重要。

瘧疾寄生蟲識別紅細胞表面上的多種唾液酸化的蛋白質，以結合宿主細胞。瘧疾寄生蟲中的兩個蛋白家族識別紅細胞上的唾液酸：EBL（紅細胞結合樣） 和RBL（網織紅細胞結合樣）。這兩個蛋白家族都包含與不同膜蛋白相互作用並導致不同途徑的蛋白質；它們的功能可以是獨立的，也可以是依賴唾液酸的，這使得病原體能夠克服人類群體之間的多樣性。這兩個蛋白質都包含一個叫做RII的區域。該區域負責瘧疾蛋白質結合宿主細胞的能力。EBL 和 RBL 對紅細胞有多種結合和攻擊方式。這意味著它可以透過多種不同的方式結合並避免被人類免疫系統破壞。

EBL 家族

EBL 家族由 RII 區域（由兩個被稱為 F1 和 F2 的杜菲結合樣 (DBL) 結構域組成）、一個 C 末端富含半胱氨酸的區域和一個跨膜結構域組成。RII 區域是保守的；它在來自不同地理位置的菌株中顯示出 98% 的序列同一性。研究人員對該家族成員之一 EBA-175 瞭解得更多。

EBA-175

EBA-175 結合紅細胞的唾液酸化膜糖蛋白，即糖蛋白 A。其在入侵途徑中的重要性已透過體外實驗得到證實，在該實驗中，針對 EBA-175 的抗體抑制了與糖蛋白 A 的結合並阻止了入侵。RII 區域EBA-175識別並結合糖蛋白 A，這是宿主細胞表面的一種糖蛋白。糖蛋白 A 表面具有特定的碳水化合物序列，這些序列對於結合的發生至關重要。當瘧疾寄生蟲結合到糖蛋白 A 時，它識別細胞表面上的唾液酸。這是一種很好的寄生蟲攻擊方法，因為唾液酸成分不太可能發生變化。然而，唾液酸的細微差異可能會阻止寄生蟲的攻擊。

然而，僅有唾液酸不足以進行病原體入侵。例如，糖蛋白 B 與糖蛋白 A 共享 11 個保守的唾液酸化 O 連線的聚糖，但不會結合 EBA-175。事實上，蛋白質鏈的特定方向對於最佳結合是必需的，其中 EBA-175 更可能直接與蛋白質相互作用。

在其晶體形式中，RII 區域的兩個 DBL 結構域透過一個三個螺旋連線體連線，其中兩個反平行單體形成二聚體。這種結構由兩個帶正電荷的通道組成。每個通道都由來自一個單體的 F1 結構域和來自另一個單體的 F2 結構域的殘基排列而成。然而，在溶液中，EBA-175 似乎是濃度依賴性的，其中單體和二聚體的含量比隨溶質濃度的變化而變化。因此，可以推測 EBA-175 以單體形式穩定，並且在高濃度下傾向於二聚化。

透過將 EBA-175 與 Neu5Ac(a2,3)Gal 共結晶，研究人員能夠檢測到糖分子，該糖分子位於二聚體通道附近，由兩個單體的殘基配位。這一觀察結果有助於確定唾液酸結合位點，並導致了 EBA-175 透過與唾液酸和蛋白質鏈的相互作用，圍繞糖蛋白 A 胞外域（膜表面的糖蛋白並延伸到細胞外空間）組裝的模型。

還存在涉及 EBL 家族其他成員的替代入侵途徑。特別是，EBA-140 缺少帶電斑塊和殘基，這些斑塊和殘基被鑑定為在 EBA-175 中與唾液酸相互作用，而它仍然以唾液酸依賴的方式結合糖蛋白 C。因此，EBL 家族的每個成員似乎都有自己獨特的唾液酸結合位點，不同於其他成員。

細胞粘附和逃避宿主檢測

受感染的紅細胞變得粘稠，並粘附到未受感染的紅細胞上，形成被稱為花環的團塊。這可以防止檢測到受感染的細胞並阻止脾臟介導的破壞，從而使感染繼續在體記憶體活。在針對孕婦的瘧疾中，紅細胞會積累並導致胎盤炎症，可能導致胎兒死亡。結合 PfEMP1 蛋白並防止某些形式的瘧疾粘附的抗體表明 PfEMP1 蛋白是潛在的治療靶點。PfEMP1。這些 PfEMP1 蛋白由DBL（杜菲結合樣）結構域組成。

PfEMP1 蛋白 PfEMP1 蛋白包含由多個 DBL 和 CIDR 結構域組成的超大型胞外域。不同的 PfEMP1 蛋白將與不同的受體相互作用。在 PfEMP1 蛋白中，VAR2CSA 是研究人員瞭解得最多的。PfEMP1s 迅速轉換以避免被機體檢測到。它們與各種蛋白質（CD36 和ICAM-1）以及碳水化合物相互作用。這些 PfEMPS1 之一就是VAR2CSA。

VAR2CSA

VAR2SCA 感染的紅細胞對 4-硫酸化軟骨素硫酸 A (CSA) 分子表現出特別強的親和力。CSA 分子，尤其是那些與之密切相關的糖胺聚糖碳水化合物，幾乎沒有阻止與 VAR2CSA 相互作用的能力。此外，CSA 分子的蛋白質鏈不影響分子識別的特異性。在結構上，VAR2CSA 的六個 DBL 結構域中的四個單獨結合 CSA。DBL3X 結構具有與 EBA-175 DBL 結構域相似的 α 螺旋結構，只是迴圈更長。

當存在硫酸根離子或二糖時，該結構域凹面表面的一個環將形成一個帶正電荷的斑塊和一個硫酸根結合口袋，這對於 CSA 結合至關重要。與 EBA-175 不同，VAR2CSA 具有更長、通常無序的迴圈，並且更通用。VAR2CSA 的通用性暗示 VAR2CSA 在入侵過程中比 EBA-175 具有更長的暴露於免疫系統的時間。DBL6e 結構域的結構類似於 DBL3X，但它沒有硫酸根結合口袋或帶正電荷的斑塊。它透過該結構域不同表面的正電荷結合到 CSA 分子上，這種機制比 DBL3X 更通用。因此，它更有可能在細胞入侵過程中成為完整胞外域的更暴露部分。

這兩個結構域具有不同的表面特徵，與 CAS 分子相互作用。此外，它們不具有 CSA 結合特異性；相反，它們對碳水化合物的親和力隨著碳水化合物電荷的增加而增加。此外，胞外域顯示出強大的配體特異性，其中胞外域作為與 EBA-175 不同的緊湊單體起作用。

結論

碳水化合物結合分子在瘧疾病原體的生命週期中至關重要。EBA-175 和 VAR2CSA 都使用相同的 DBL 結構域結合碳水化合物，其中結合的特異性需要多個結構域。EBA-175 同時需要二聚體受體的蛋白質和碳水化合物成分才能實現特異性，而 VAR2CSA 僅需要碳水化合物才能實現特異性；EBA-175 使用“碳水化合物結合表面，排列在二聚化介面處的凹槽中”，而 VAR2CSA 使用“來自單個單體的多個結構域生成一個特定的結合口袋”。對碳水化合物結合蛋白的研究以及對其結構的更深入瞭解可以為未來的病原體途徑以及潛在的治療靶點提供有用的資訊。