Hemozoin - Hemozoin
A Haemozoin egy ártalmatlanítási termék, amelyet néhány vér tápláló parazita a vér emésztésével hoz létre . Ezek a hematofág szervezetek, mint a malária paraziták ( Plasmodium spp. ), A Rhodnius és a Schistosoma emésztik a hemoglobint, és nagy mennyiségű szabad hemet szabadítanak fel , amely a hemoglobin nem fehérje összetevője . A hem egy prosztetikus csoportot , amely egy vas- atom tartalmazott a közepén egy heterociklusos porfirin gyűrűt. A szabad hem mérgező a sejtekre, ezért a paraziták oldhatatlan kristályos formává alakítják hemozoin néven. Malária parazitákban a hemozoint gyakran malária pigmentnek nevezik .
Mivel a hemozoin képződése elengedhetetlen e paraziták túléléséhez, vonzó célpont a gyógyszerek kifejlesztésére, és a Plasmodiumban sokat tanulmányozták, hogy megtalálják a malária (malária Achilles-sarka ) kezelésére szolgáló gyógyszereket . Számos jelenleg használt malária elleni gyógyszer , például a klorokin és a mefloquin , úgy gondolják, hogy elpusztítják a malária parazitákat a hemozoin biokristályosodás gátlásával .
Felfedezés
Fekete-barna pigmentet figyelt meg Johann Heinrich Meckel 1847-ben, egy őrületben szenvedő ember vérében és lépében. Ennek a pigmentnek a jelenléte azonban csak 1849 -ben kapcsolódott a malária fertőzéséhez. Kezdetben azt hitték, hogy ezt a pigmentet a szervezet a fertőzésre reagálva állítja elő, de Charles Louis Alphonse Laveran 1880 -ban rájött, hogy a "malária pigmentet" a paraziták termelik, mivel ezek szaporodnak a vörösvérsejtekben . A pigment és a malária paraziták közötti kapcsolatot Ronald Ross használta fel a Plasmodium életciklusának azon szakaszainak azonosítására , amelyek a szúnyogon belül fordulnak elő, mivel bár a parazita ezen formái megjelenésükben eltérnek a vér stádiumától, mégis tartalmaznak pigmentnyomokat .
Később, 1891 -ben T. Carbone és WH Brown (1911) publikációkat közölt, amelyek összekapcsolják a hemoglobin lebomlását a pigmenttermeléssel, leírva a malária pigmentet a hematin egyik formájaként, és cáfolva azt a széles körben elterjedt elképzelést, hogy a melaninnal van kapcsolatban . Brown megfigyelte, hogy minden melanin gyorsan fehérül kálium -permanganáttal, míg ezzel a reagenssel a malária pigment nem mutatja a valódi fehérítő reakció legkisebb jelét sem. A "hemozoin" nevet Louis Westenra Sambon javasolta . Az 1930-as években több szerző azonosította a hemozoin-t az α-hematin tiszta kristályos formájaként, és kimutatta, hogy az anyag nem tartalmaz fehérjéket a kristályokban, de nem adtak magyarázatot a malária pigment és az α-hematin kristályok közötti oldhatósági különbségekre.
Képződés
A Plasmodium falciparum intraerythrocytás ivartalan szaporodási ciklusa során a gazdasejt hemoglobinjának akár 80% -át is elfogyasztja . A hemoglobin emésztése monomer α- hematint ( ferriprotoporfirin IX) szabadít fel . Ez a vegyület mérgező, mivel pro-oxidáns és katalizálja a reaktív oxigénfajok termelését . Úgy gondolják, hogy oxidatív stressz keletkezik a hem (ferroprotoporfirin) hematinná (ferriprotoporfirin) történő átalakítása során. A szabad hematin szintén kötődhet a sejtmembránokhoz és megzavarhatja azokat , károsíthatja a sejt szerkezetét és a gazdaszervezet vörösvértestének lízisét okozhatja. Ennek a molekulának egyedülálló reaktivitását számos in vitro és in vivo kísérleti körülmények között bizonyították.
A malária parazita ezért méregteleníti a hematint, amit biokristályosítással tesz-oldhatatlan és kémiailag semleges β-hematin kristályokká (hemozoin) alakítja át. A Plasmodiumban az élelmiszer-vakuol hemmozoin-kristályokkal töltődik fel, amelyek körülbelül 100-200 nanométer hosszúak és egyenként körülbelül 80 000 hem-molekulát tartalmaznak. A biokristályosítással végzett méregtelenítés különbözik az emlősökben végzett méregtelenítési eljárástól, ahol a hem -oxigenáz nevű enzim ehelyett a felesleges hemet biliverdinre , vasra és szén -monoxidra bontja .
Számos mechanizmust javasoltak a hemozoin előállítására a Plasmodiumban , és a terület erősen vitatott, a membrán lipideket , a hisztidinben gazdag fehérjéket vagy akár a kettő kombinációját javasolják a hemozoin képződésének katalizálásához. Más szerzők leírtak egy Heme méregtelenítő fehérjét, amely állítólag erősebb, mint a lipidek vagy a hisztidinben gazdag fehérjék. Lehetséges, hogy számos folyamat hozzájárul a hemozoin kialakulásához. A hemozoin képződését más vértápláló szervezetekben nem vizsgálták olyan jól, mint a Plasmodiumban . A Schistosoma mansoni -val végzett vizsgálatok azonban azt mutatták, hogy ez a parazita féreg nagy mennyiségű hemozoint termel az emberi véráramban való növekedése során. Bár a kristályok alakja eltér a malária parazitáktól, a pigment kémiai elemzése kimutatta, hogy hemozoinból készült. Hasonló módon a csókolózó poloska Rhodnius prolixus bélében a vérliszt emésztése során képződött kristályok is egyedi alakúak, de hemozoinból állnak. A Hz kialakulása az R. prolixus midgutban fiziológiailag releváns fizikai-kémiai körülmények között történik, és a lipidek fontos szerepet játszanak a hem biokristályosodásában. Az autokatalitikus heme kristályosítása Hz -re kiderült, hogy nem hatékony folyamat, és ez az átalakítás tovább csökken, ahogy a Hz -koncentráció növekszik.
Számos más mechanizmust fejlesztettek ki a hematofág szervezetek széles választékának védelmére a szabad hem toxikus hatásaival szemben. A szúnyogok extracellulárisan emésztik a vérét, és nem termelnek hemozoint. A hem megmarad a peritróf mátrixban , egy fehérje- és poliszacharid rétegben, amely lefedi a középbélt és elválasztja a bélsejteket a vérbólustól .
Bár β-hematint lehet előállítani vizsgálatokban spontán alacsony pH , a fejlesztés egy egyszerű és megbízható módszer, hogy mérjük az hemozoin nehéz volt. Ez részben annak köszönhető, hogy továbbra is bizonytalan, hogy mely molekulák vesznek részt a hemozoin előállításában, részben pedig az aggregált vagy kicsapódott hem és a valódi hemozoin közötti különbség mérésének nehézségei miatt. A jelenlegi vizsgálatok érzékenyek és pontosak, de több mosási lépést igényelnek, ezért lassúak és nem ideálisak a nagy teljesítményű szűréshez . Néhány vizsgálatot azonban ezekkel a vizsgálatokkal végeztek.
Szerkezet
β-hematint kristályok készülnek dimerek a hematint molekulák, amelyek viszont egymáshoz hidrogén kötések alkotnak nagyobb szerkezetek. Ezekben a dimerek, egy vas - oxigén koordinációs kötést összeköti a központi vas egyik hematint hogy az oxigén a karboxilát oldalláncának a szomszédos hematint. Ezek a kölcsönös vas -oxigén kötések rendkívül szokatlanok, és más porfirin dimerben nem figyelhetők meg. A β-hematin lehet ciklikus dimer vagy lineáris polimer , a hemozoinban soha nem találtak polimer formát, ami cáfolja azt a széles körben elterjedt elképzelést, hogy a hemozoint a hem-polimeráz enzim termeli .
A hemozoin kristályok megkülönböztetett triklinikus szerkezetűek és gyengén mágnesesek . A különbség a diamágneses alacsony pörgetésű oxihemoglobin és a paramagnetikus hemozoin között alkalmazható. Optikai dikroizmust is mutatnak , vagyis erősebben veszik el a fényt hosszuk mentén, mint szélességükön keresztül, lehetővé téve a malária automatikus észlelését. Hemozoin termelődik olyan formában, hogy az intézkedés alapján egy alkalmazott mágneses mező , ad okot, hogy az indukált optikai dikroizmus jellemző hemozoin koncentráció; és ennek az indukált dichroizmusnak ( mágneses körkörös dichroizmus ) pontos mérése használható a maláriás fertőzés szintjének meghatározására.
Gátlók
A hemozoin képződés kiváló gyógyszeres célpont, mivel elengedhetetlen a malária paraziták túléléséhez, és nincs jelen az emberi gazdaszervezetben. A gyógyszercél hematin gazdaszervezetből származik, és nagyrészt kívül esik a parazita genetikai ellenőrzésén, ami megnehezíti a gyógyszerrezisztencia kialakulását. Úgy gondolják, hogy sok klinikailag használt gyógyszer úgy hat, hogy gátolja a hemozoin képződését az ételvakcuolában. Ez megakadályozza az ebben a rekeszben felszabaduló hem méregtelenítését, és elpusztítja a parazitát.
Az ilyen hematin- biokristályosodás- gátlók legjobban megértett példái a kinolin- gyógyszerek, például a klorokin és a meflokin . Ezek a gyógyszerek mind a szabad hem, mind a hemozoin kristályokhoz kötődnek, és ezért blokkolják az új hemegységek hozzáadását a növekvő kristályokhoz. A kicsi, leggyorsabban növekvő arc az az arc, amelyhez az inhibitorok feltételezhetően kötődnek.
Szerepe a patofiziológiában
A hemozoin az újrafertőzés során a keringésbe kerül, és a gazdasejt fagocitái in vivo és in vitro fagocitálják, és megváltoztatja e sejtek fontos funkcióit. A legtöbb funkcionális elváltozás hosszú távú posztfagocitikus hatás volt, beleértve az in vitro kimutatott eritropoézis-gátlást. Ezzel szemben az nHZ fagocitózisa során az emberi monociták oxidatív kitörésének erőteljes, rövid távú stimulálása is bekövetkezett.