Диссертация (1103954), страница 8
Текст из файла (страница 8)
В частности, было показано, чтоЛПС с длинной углеводной цепью гораздо сильнее активируют рецептор CD14, чем ЛПС с31короткой цепью, которые, в свою очередь, чаще запускают CD14-независимую активациюTLR4/MD-2 [194]. Кристаллографические исследования показали, что богатые лейциномфрагменты CD14 формируют подковообразную структуру с глубоким гидрофобным карманом, куда попадает часть липида А, в то время как полисахаридная часть молекулы ЛПСвзаимодействует с некоторыми областями на краю этого кармана [202]. Недавние комплексные исследования структуры О-антигеновShigella lexneri3a также подчеркнули важностьподробного описания деталей трехмерной структуры бактериальных О-антигенов для понимания деталей их взаимодействия с моноклональными антителами [203].О-антиген также во многом определяет структуру образуемых ЛПС агрегатов. В исследованиях микроструктуры липосом, образованных ЛПС изBurkholderiaиAgrobacterium, былопоказано, что толщина гидрофобной части бислоев и локальное упорядочение ацильных цепей определяются не только структурой липида А, но и, косвенно, объемом полисахариднойчасти [204].
В то время как короткие R-LPS склонны образовывать сферические мицеллы,вытянутая структура S-LPS приводит к увеличению кривизны агрегатной поверхности, чтоведет к образованию мицеллярных агрегатов в форме трубочек [204]. Агрегаты в форметрубочек были также получены для S-LPS в исследовании воздействия антимикробных пептидов на ЛПС-агрегаты различной структуры. В этих исследованиях было показано, чтоприсутствие О-антигенов в составе ЛПС сильно увеличивает их устойчивость к воздействиюразличных детергентов, по-видимому, за счет стабилизации их структуры взаимодействующими полисахаридными цепями [20].Присутствие О-антигена в составе ЛПС также существенно влияет на способность ЛПСактивировать контактную систему свертывания.
В экспериментах в чистой системе было показано, что именно липидная часть ЛПС ответственна за активацию PK, в то время какполисахарид О-антигена не вызывает ответ системы [18]. Более того, одинаковые концентрации ЛПС различных штаммов одного вида бактерий вызывают различную степень активации PK [18]. Так как структура липида А для использованных штаммов неизменна,то различия в степени активации белков должны быть связаны с различиями в структуре агрегатов, и в частности, в степени экранирования липидной части ЛПС О-антигенамиразличного состава [18].Важную роль играет и пространственная укладка О-антигенных цепей на поверхностибактерии в составе наружной мембраны. Описание деталей архитектуры О-антигенного слояна молекулярном уровне может дать представление о том, как бактерии сопротивляются атакам антител и увеличивают резистентность к антибиотикам, а также объяснить разницу впроницаемости наружной мембраны для бактерий одного вида из разных серологических32групп [205, 206].
Одним из наиболее ярких примеров влияния укладки О-антигенов на вирулентность бактерии является исследование бактерий Sh. lexneri серотипа 5а [207, 208].Методом электронной микроскопии было показано, что добавление одного бокового остатка глюкозы к неразветвленной цепи О-антигена этого штамма приводит к компактизацииО-антигенного слоя и обнажению белковой иглы комплекса проникновения (TTSS), что увеличивает инвазивность бактерий [208]. Объяснение этого механизма было предложено на основании восстановленных трехмерных структур участков О-антигена по данным ЯМР [29].Было предположено, что глюкозилирование О-антигена ЛПС серотипа 5а индуцирует переход от линейной к спиральной конформации с остатком глюкозы, выступающим наружуспирали, образующей более компактную структуру, чем неглюкозилированный ЛПС [209].Такая трансформация сокращает расстояние от конца О-антигенной цепи до плоскости мембраны примерно в два раза.Ацетилирование цепей О-антигена, в свою очередь, может влиять на способность бактериальной клетки противостоять атаке бактериофагов [210].
Было сделано предположение, чтоO-ацетильные группы могут усиливать боковые взаимодействия между соседними цепямиO-антигенов на поверхности клетки, создавая физический барьер, который может быть преодолен фагами только при помощи специализированных белков, способных связывать этотспецифический тип O-антигена.
Тем самым, ацетилирование О-антигена играет двойственную роль, с одной стороны, обеспечивая специфическое распознавание некоторыми бактериофагами, а с другой — обеспечивая защиту клеток-хозяев от атаки другими фагами [210].Таким образом, пространственная структура ЛПС оказывает существенное влияние какна степень биологической активности отдельных молекул и их агрегатов, так и на иммуногенность и вирулентность бактерий, содержащих их в составе своей клеточной стенки.2.3Пространственная структура ЛПС: эксперимент и моделиВ то время как общий химический состав ЛПС хорошо охарактеризован, на сегодняшнийдень нет точных экспериментальных данных, описывающих пространственную организациювнешней мембраны, и прежде всего, укладки О-антигенных цепей на поверхности клетки.Надежные данные о геометрических параметрах таких систем могли бы быть полученыметодами рентгеновской дифракции, но крайняя неоднородность структуры не позволяетиспользовать этот подход.
К сожалению, только R-мутанты (Rc- или Re-LPS) в устойчивойламеллярной фазе были исследованы методами рентгеновской дифракции [211], поэтому прямые экспериментальные данные дают представление об устройстве только внутренней части33ЛПС-мембраны. Все оценки параметров внешнего слоя для мембран гладких штаммов являются косвенными (например, данные электронной микроскопии [212]). На изображениях,полученных с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ) для одиночных клетокE.
coli,видно, что поверхность клеточной стенки сильно гетерогенна [213]. Оба типа проекций — вертикальные и латеральные — имеют очень неоднородную структуру с заметными выступамии углублениями между ними. Однако эти результаты не дают никакой прямой информации омолекулярной организации О-антигенного слоя, и любая дальнейшая интерпретация значительно затруднена из-за вариабельности О-антигенов и неравномерного распределения длинцепей, присутствующих даже в одной бактериальной клетке [174, 182]. В отсутствие детального описания структуры ЛПС-содержащих систем все большую популярность принимаютметоды молекулярного моделирования.Взаимодействие атомов в механистической модели молекулы описывается с помощьюпотенциалов валентных и невалентных взаимодействий, параметры которых определяютсяэмпирически.
Самосогласованный набор силовых параметров межатомных взаимодействийназывается силовым полем и его выбор может существенно влиять на результаты моделирования. Валидация параметров силовых полей, чаще всего, производится для небольшихмолекул достаточно простой химической структуры. В то же время, создание корректныхмоделей молекул ЛПС существенно осложняется гетерогенностью их структуры: помимо одновременного наличия липидной и полисахаридной части, в состав ЛПС входит большоеколичество замещенных остатков. Таким образом, основная часть исследований по моделированию ЛПС-мембран рассматривает существенно упрощенные системы с использованиемсуществующих силовых полей, дополненных недостающими параметрами. Так, влияние температуры, природы катионов и числа цепочек на физико-химические свойства бислоев липида А изучалось в МД моделях в силовых полях GROMOS, GLYCAM и AMBER [214–217].Наиболее обширные исследования по МД моделированию R-LPS бислоев были проведены сиспользованием силового поля CHARMM в работе [218]: были рассмотрены 21 различныйтип липидов A из 12 различных видов бактерий, отличающихся количеством ацильных цепейи их длиной.
Молекулярные модели позволили количественно оценить эффект увеличенияплощади, занимаемой липидом А в плоскости мембраны, при увеличении количества ацильных цепей, а также увеличение толщины гидрофобного бислоя для длинных ацильных цепей.Расчеты производились для растворов с использованием разных противоионов: Ca2+ , K+ иNa+ . Несмотря на то, что различия в стабилизации структуры мембраны были небольшимидля разных ионов, время нахождения Ca2+ вблизи головных групп липида А было больше,чем у ионов K+ и Na+ , что хорошо коррелирует с более низкой латеральной диффузией и342+более высокой сжимаемостью липид A содержащих бислоев, уравновешенных Ca[218].Группа под руководством профессора Им также провела ряд МД исследований чистыхЛПС-бислоев, а также смешанных бислоев, имитирующих наружную мембрану, с использованием различных ЛПС-компонентов: R-мутантов в случае смешанных бислоев [26], а такжеЛПС, содержащих 5 или 10 повторяющихся звеньев О-антигена, в чистых бислоях [25, 31].Добавление компонентов к структуре ЛПС влияет как на конформацию отдельных молекул,так и на общие свойства бислоя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
