научная статья по теме ТОКСИНСВЯЗЫВАЮЩИЕ БЕЛКИ ИЗ МЕМБРАН КИШЕЧНОГО ЭПИТЕЛИЯ ЛИЧИНОК ANOPHELES STEPHENSI Химия

Текст научной статьи на тему «ТОКСИНСВЯЗЫВАЮЩИЕ БЕЛКИ ИЗ МЕМБРАН КИШЕЧНОГО ЭПИТЕЛИЯ ЛИЧИНОК ANOPHELES STEPHENSI»

БИОХИМИЯ, 2006, том 71, вып. 2, с. 173 - 181

УДК 577.27

ТОКСИНСВЯЗЫВАЮЩИЕ БЕЛКИ ИЗ МЕМБРАН КИШЕЧНОГО ЭПИТЕЛИЯ ЛИЧИНОК Anopheles stephensi*

© 2006 г. М.А. Дронина1, Л.П. Ревина1, Л.И. Костина1, Л.А. Ганушкина2, И.А. Залунин1**, Г.Г. Честухина1

1 ГосНИИ генетики и селекции промышленных микроорганизмов, 117545 Москва, 1-й Дорожный пр., 1; факс: (095)315-0501, электронная почта: zalunin@genetika.ru

2 Институт медицинской паразитологии и тропической медицины им. Е.И. Марциновского, Московская медицинская академия им. И.М. Сеченова, 119992 Москва, Большая Пироговская ул., 2, стр. 3

Поступила в редакцию 13.04.05 После доработки 17.06.05

Из апикальных мембран кишечного эпителия личинок комара Anopheles stephensi методом аффинной хроматографии выделены белки с молекулярной массой 65 и 57 кДа, способные специфически связываться с эндотоксином CryllA и активированным токсином Cry4B — Cry4B-tox, в условиях лиганд-блоттинга, причем оба Cry-белка конкурируют друг с другом за это связывание. По крайней мере в случае Cry4B-tox, связывание с 65 и 57 кДа белками обратимо. Способность продуктов ограниченного протеолиза эндотоксинов CryllA и Cry4B к связыванию с 65 и 57 кДа белками коррелирует с их активностью для личинок комаров. N-концевая аминокислотная последовательность 57 кДа белка уникальна и отсутствует в NCBI GenBank. По большинству изученных свойств 65 и 57 кДа белки сходны с токсинсвязывающими белками Aedes aegyp-ti и, возможно, образуют вместе с ними новый класс (классы) рецепторов S-эндотоксинов.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: S-эндотоксины, Bacillus thuringiensis, токсинсвязывающие белки, Anopheles stephensi.

Энтомопатоген Bacillus thuringiensis (BT) продуцирует энтомоцидные белки, 8-эндотоксины, убивающие личинок многих видов насекомых, главным образом из отрядов Lepidoptera, Díptera и Coleoptera, а также нематод [1]. Энтомоцидные белки синтезируются в бактериальной клетке во время споруляции и образуют в ней крупные включения (кристаллы) [2]. К 8-эндо-токсинам принадлежат два класса белков: Cry- и Cyt-белки. В настоящее время известно около ста различных Cry-белков, имеющих однотипную вторичную и третичную структуру, но различающихся спектром чувствительных насекомых [3, 4]. Так, представители семейства Cryl токсичны для различных видов отряда Lepidoptera (лепидоцидные белки). Эндотоксины Cry4A, Cry4B и CryllA, а также белок CytA убивают личинок многих видов комаров (мос-китоцидные белки), эндотоксин Cry ЗА токсичен для личинок некоторых жуков [2, 5].

* Первоначально английский вариант рукописи был опубликован на сайте «Biochemistry» (Moscow), Papers in Press, BM 05-099, 23.10.2005.

** Адресат для корреспонденции и запросов оттисков.

Большинство Cry-белков (например, эндотоксины CrylA, Cry4A, Cry4B) имеют молекулярную массу около 130—140 кДа и являются протоксинами, активация которых связана с деградацией С-концевой половины молекулы. При этом образуются активированные токсины с молекулярной массой 65—70 кДа [6]. В то же время, некоторые белки, например Cry3A и CryllA, изначально имеют молекулярную массу 65—70 кДа и соответствуют по пространственной структуре активированным токсинам высокомолекулярных Cry-белков [1]. Молекула активированных токсинов содержит в себе три домена, выполняющих различные функции [7, 8]. N-концевой домен ответствен за образование в мембранах пор или ионных каналов. Два других домена обеспечивают связывание со специфическим рецептором, встроенным в апикальную мембрану эпителиальных клеток. К настоящему времени описаны рецепторы ряда лепидоцид-ных токсинов из кишечника гусениц [1, 9—11]. В то же время очень мало известно о рецепторах москитоцидных токсинов у личинок комаров. Ранее нами из личинок комара Aedes aegypti были выделены белки, обладающие сродством к

москитоцидным белкам Cry4B и Сгу11А [12, 13]. Данная статья посвящена выделению токсин-связывающих белков из личинок Anopheles stephensi.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Выделение 5-эндотоксинов. В работе использовали следующие штаммы B. thuringiensis: В-2395 (ssp. israelensis) и В-9032 (ssp. kurstaki) из коллекции ГосНИИ генетики и селекции промышленных микроорганизмов (Москва), а также штамм, принадлежащий к ssp. tenebrionis («Sandoz Crop Protection Corp.», США). Микроорганизмы выращивали на жидкой среде, содержавшей 1%-ный трипказин («Human», Венгрия), 0,2%-ный дрожжевой экстракт («Serva», Германия) и 0,6%-ную глюкозу, при 28° до полного лизиса спорангиев [14]. Кристаллы эндотоксина отделяли от других компонентов клеточного автолизата в двухфазной системе ксилол—вода [14].

Эндотоксины Cry4B, Cry11A и CytA выделяли из энтомоцидных кристаллов штамма В-2395. Для получения эндотоксинов Cry4B и CytA кристаллы обрабатывали 0,05 М натрий-карбонатным буфером, рН 10,5, содержавшим 0,01 М дитиотреитол («Serva») (буфер А), 1 ч при 20° и перемешивании. Смесь центрифугировали в течение 20 мин при 15 000 g на центрифуге Beckman J2-21 («GMI, Inc.», США). Полученный экстракт хроматографировали на колонке Mono Q («Amersham Biosciences», Швеция), уравновешенной с 0,05 М натрий-карбонатным буфером, рН 10,5, содержавшим 1 мМ дитиотре-итол. Элюцию осуществляли линейным градиентом концентрации NaCl (0—1 М) в том же буфере. Эндотоксины CytA и Cry4B элюировались с колонки при концентрации соли 0,1 и 0,4 М соответственно [15].

Для выделения эндотоксина Cry11A получившийся осадок экстрагировали 0,05 М №ОН в течение 30 мин при 20°, центрифугировали в течение 20 мин при 15 000 g и диализовали полученный экстракт против 0,05 М натрий-карбонатного буфера, рН 9,5 [16].

Эндотоксины, принадлежащие к Cry^-бел-кам, получали растворением кристаллов штамма В-9032 в буфере А в течение 1 ч при 37° и перемешивании с последующим диализом полученного раствора против 0,05 М Tris-НО-буфе-ра, рН 8,5.

Для получения эндотоксина Cry3A кристаллы ssp. tenebrionis растворяли в 0,1 М натрий-карбонатном буфере, рН 10,7 в течение 1 ч при 28° и перемешивании.

Концентрацию белка определяли по методу Брэдфорд [17].

Ограниченный протеолиз энтомоцидных белков. Перед проведением ограниченного протео-лиза все используемые энтомоцидные белки с помощью диализа переводили в 0,05 М Tris-HCl-буфер рН 8,6. Для получения фрагментов эндотоксина Cry4B с молекулярными массами 64, 50 и 48—49 кДа исходный белок обрабатывали соответственно химотрипсином («Serva»), трипсином («Serva») или кишечным соком личинок A. aegypti по методике, описанной ранее [12, 13]. Полученные гидролизаты далее в тексте обозначаются: Cry4B-tox, Cry4B-tr и Cry4B^a.

Протеолиз эндотоксина &у11А трипсином с образованием фрагментов 33 и 36 кДа (этот гид-ролизат далее обозначается Cry11A-tr) проводили в течение 2 ч при 37° и соотношении фермент : : субстрат (1 : 100, w/w).

Гидролизат Cry1A-tox получали обработкой смеси эндотоксинов Cry1A трипсином в соотношении 1 : 100. Протеолиз проводили в течение 12 ч при 37°.

Биотинилирование белков. Перед биотинили-рованием токсины и продукты их ограниченного протеолиза диализовали против 0,1 М карбонатного буфера, рН 9,5, содержавшего 0,15 М NaCl. Биотинилирование осуществляли с помощью N-сукцинимидного эфира биотина («Amersham Biosciences») по методике, описанной ранее [13].

Получение препаратов апикальных мембран (brush border membranes, BBM) кишечного эпителия личинок A. stephensi. Личинок выращивали в воде при 25°, используя для их питания смесь сухого корма KiteKat и витаминов [18]. Настоящие желудки (midguts) извлекали из насекомых, достигших третьей личиночной стадии, под би-нокуляром. Насекомых помещали на предметное стекло в каплю 17 мМ Tris-НО-буфера, рН 7,5, содержавшего 0,3 М маннитол («Sigma- Aldrich Corp.», США) и 5 мМ ЭГТА («Sigma-Aldrich Corp.») (буфер Б), вскрывали и вырезали часть пищеварительного тракта, соответствующую настоящему желудку. Извлеченный материал споласкивали буфером Б, содержащим 1%-ный (v/v) коктейль ингибиторов протеиназ для тканей млекопитающих («Sigma-Aldrich Corp.»), переносили в свежий объем того же буфера и хранили при —80°.

Перед получением BBM препараты кишечников размораживали и гомогенизировали в буфере Б, содержавшем коктейль ингибиторов протеиназ. Выделение BBM проводили методом, включавшим стадии осаждения мембран ионами магния и дифференциального центрифугирования, подробно описанным ранее [12,

19]. Сравнение удельной активности маркерного фермента (лейцинаминопептидазы) в исходном гомогенате и полученном препарате (в качестве субстрата использовали и-нитроанилид лейцина [12]) показало, что апикальные мембраны были очищены в 6 раз.

Синтез аффинных сорбентов. Аффинные сорбенты Cry11A- и Cry4B-сефароза синтезировали с использованием сефарозы 4В («Serva»), активированной бромцианом, по методике, описанной ранее [12]. Полученный препарат CryH^-сефарозы содержал 1,6 мг (22,9 нмолей) белка на 1 мл сорбента, а препарат Cry4B-сефарозы — 1,0 мг (15,4 нмолей) белка на 1 мл сорбента.

Изучение белкового состава экстрактов мембранных белков, полученных с помощью различных детергентов. Порции препарата BBM (4 мкл) смешивали с 0,1 мл 1%-ного раствора одного из следующих детергентов: NONIDET P40 («Amer-sham Biosciences»), «-октилгликозид («Boehringer Mannheim», Германия) и CHAPS («Sigma»), в 0,05 М натрий-карбонатном буфере, рН 9,5, содержавшем 1 мМ фенилметилсульфонилфторид («Sigma») и 1 мМ лейпептин («Sigma»), и инкубировали 30 мин на ледяной бане. Последующее центрифугирование проводили в течение 15 мин при 17 000 g и 4° на центрифуге 5417R («Eppendorf AG», Германия). Белковый состав полученных экстрактов определяли с помощью Ds-Na-ПААГ-электрофореза.

Аффинная хроматография экстракта мембранных белков A. stephensi. 0,14 мл препарата BBM смешивали с 2 мл 0,05 М натрий-карбонатного буфера, рН 9,5, содержавшего 0,05 М ЭДТА, 1%-ный ингибиторный коктейль и 1%-ный NON-IDET P40, и инкубировали, как описано выше. Экстракт наносили на колонки, содержавшие по 2 мл Оу11А- или Cry4В-сефарозы, уравновешенной с буфером В (0,05 М натрий-карбонатный буфер, рН 9,5, содержавший 0,2%-ный NONIDET P40 и 0,01 M ЭДТА), со скоростью 0,1 мл/мин. Хроматографию проводили методом,

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком