doi: 10.15389/agrobiology.2018.3.475rus

УДК 631.576.33:577.15.004.14:577.152.3

 

ОГРАНИЧЕННЫЙ ПРОТЕОЛИЗ КАК СПОСОБ СНИЖЕНИЯ
АЛЛЕРГЕННОСТИ ЗАПАСНЫХ ГЛОБУЛИНОВ СЕМЯН (обзор)

А.М. КЕРДИВАРЭ

По данным SDAP (структурная база данных аллергенных белков), запасные 11S и 7S глобулины семян арахиса, сои и некоторых других растений являются аллергенами. Структурной основой доменов двудоменных субъединиц 11S и 7S глобулинов служит β-баррель, соединенный с группой α-спиралей. В процессе эволюции в аминокислотных последовательностях запасных глобулинов за пределами структурного модуля β-баррель-α-спирали появились протяженные неупорядоченные вставки с повышенной чувствительностью к протеолитической атаке. Эти вставки определяют закономерности ограниченного протеолиза запасных глобулинов в прорастающих семенах и in vitro. В настоящем обзоре анализируются экспериментальные данные, полученные при исследовании ограниченного протеолиза запасных глобулинов семян арахиса (Arachis hypogaea L.), сои (Glycine max L.) и некоторых других растений. Установлено, что ограниченный протеолиз 11S глобулина арахиса (A. Cherdivaraa с соавт., 2017) приводит к разрушению С-концевой области α-цепей, включая участок, образующий группу α-спиралей. Три из четырех антигенных детерминант (IgE эпитопов), идентифицированных в субъединице арахиса Ara h3 (P. Rabjohn с соавт., 1999), принадлежат к этой области. То есть ограниченный протеолиз приводит к существенному снижению аллергенности субъединицы Ara h3. Присутствие IgE эпитопов в гомологичных участках консервативных последовательностей α-спиралей большинства других субъединиц 11S глобулина арахиса, неидентичных Ara h3, весьма вероятно. Следовательно, ограниченный протеолиз не только субъединицы Ara h3, но и всей гетерогексамерной молекулы 11S глобулина арахиса может сопровождаться существенным снижением его аллергенности. Перспективы снижения аллергенности 11S глобулина сои посредством ограниченного протеолиза не столь однозначны. С одной стороны, ограниченный протеолиз субъединицы Gly m G1 приводит к разрушению С-концевой области α-цепей (A. Shutov с соавт., 2012), где присутствуют оба идентифицированных IgE эпитопа (T.A. Beardslee с соавт., 2000). С другой, — только один из IgE эпитопов, идентифицированных в субъединице Gly m G2 (R.M. Helm с соавт., 2000), может быть удален при ограниченном протеолизе этого белка (A. Shutov с соавт., 1993). При огра-ниченном протеолизе ряда других 11S глобулинов семян также наблюдается отщепление области α-спиралей α-цепей. Высокая консервативность этой области в первичной структуре 11S гло-булинов позволяет предполагать присутствие во многих из них IgE эпитопов, подобных идентифицированным в 11S глобулинах арахиса и сои. Перспективы снижения ограниченным проте-олизом аллергенности 7S глобулинов семян также благоприятны. Ограниченный протеолиз 7S глобулина арахиса Ara h1 начинается с полного расщепления неупорядоченного N-концевого удлинения (A. Cherdivaraa с соавт., 2016), в последовательности которого присутствует третья часть идентифицированных в этом белке IgE эпитопов (D.S. Shin с соавт., 1998). Последующий ограниченный протеолиз приводит к разрушению другой неупорядоченной области N-концевого домена, где идентифицирован еще один из IgE эпитопов Ara h1. Совокупность рассмотренных в настоящем обзоре сведений о структурах запасных глобулинов семян и об IgE эпитопах, идентифицированных в их аминокислотных последовательностях, свидетельствует о перспективности использования ограниченного протеолиза как способа существенного снижения аллергености за-пасных 11S и 7S глобулинов семян различных растений, которые используются в пище напрямую или в качестве добавок к пищевым продуктам.

Ключевые слова: запасные глобулины семян, протеолиз, аллергенность, IgE эпитопы, Arachis hypogaea L., арахис, Glycine max L., соя.

 

Полный текст

 

LIMITED PROTEOLYSIS AS A MEANS TO REDUCE
THE ALLERGENICITY OF SEED STORAGE GLOBULINS
(review)

A.M. Cherdivara

According to SDAP (structural database of allergenic proteins, http://fermi.utmb.edu/), storage 11S and 7S globulins from seeds of peanut, soybean and some other plants are allergens. A β-barrel conjoined with a group of α-helices represents the structural basis of domains of the two-domain 11S and 7S seed storage globulins. During evolution, extended disordered inserts of enhanced susceptibility to proteolytic attack appeared in the amino acid sequences of storage globulins outside the β-barrel-α-helix structural module. Regularities of storage globulin limited proteolysis during seed germination and in vitro are determined by these inserts. In this review, available information on successive reactions of limited proteolysis specific to 11S and 7S globulins from peanut, soybean and some other plants is collected. It was demonstrated that limited proteolysis of 11S globulin from peanut (A. Cherdivara et al., 2017) calls forth destruction of a C-terminal region of α-chains, including the region forming the group of α-helices. Three of the four antigen determinants (IgE epitopes) identified in the peanut subunit Ara h3 (P. Rabjohn et al., 1999) belong to this region. Thus, the limited proteolysis leads to a significant decrease in the allergenicity level of the subunit Ara h3. The presence of IgE epitopes in homologous regions of conserved sequences of α-helices from most other subunits of the peanut 11S globulin, non-identical to Ara h3, is very probable. Thus, the limited proteolysis of not only the Ara h3 subunit, but also the whole hetero-hexamer molecule of peanut 11S globulin can be accompanied by a significant decrease in the level of its allergenicity. Prospects for reducing allergenicity of soybean 11S globulin by limited proteolysis are not so unambiguous. On the one hand, the limited proteolysis of the subunit Gly m G1 leads to the destruction of the C-terminal region of the α-chains (A. Shutov et al., 2012), where both identified IgE epitopes are present (T.A. Beardslee et al., 2000). On the other hand, only one of the IgE epitopes identified in the Gly m G2 subunit (R.M. Helm et al., 2000) can be removed using limited proteolysis of this protein (A. Shutov et al., 1993). The detachment of the α-chain α-helices during limited proteolysis of several other 11S globulins was observed as well. A high degree of conservation of this region in the primary structures of 11S globulins allows suggesting the presence of IgE epitopes, similar to those identified in peanut and soybean 11S globulins, in many other storage proteins of the 11S globulin family. Prospects for the reduction of allergenicity of seed 7S globulins by limited proteolysis are advantageous as well. Limited proteolysis of peanut 7S globulin Ara h1 starts with complete destruction of a disordered N-terminal extension (A. Cherdivara et al., 2016), which contains one third of IgE epitopes identified in the amino acid sequence of this protein (D.S. Shin et al., 1998). Further limited proteolysis calls fourth destruction of another disordered region inside the N-terminal domain that contains an additional IgE epitope identified in the Ara h1 sequence. Summary information considered in the review on the structure of seed storage globulins, as well as on the IgE epitopes identified in their amino acid sequences, evidences the availability of limited proteolysis as a means of considerable reduction of the level of allergenicity, not only of peanut and soybean 11S and 7S globulins, but also of those from other plants whose seeds are used as food either directly or as additives to various food products.

Keywords: seed storage globulins, proteolysis, allergenicity, IgE epitopes, Arachis hypogaea L., peanut, Glycine max L., soybean.

 

Universitatea de Stat din Moldova,
Republic of Moldova, MD-2009, Kishinyov, Mateevich str., 60,
e-mail: alacherdivara@mail.ru

Поступила в редакцию
7 ноября 2017 года

 

назад в начало