Lactoferrine - Lactoferrin
La lactoferrine ( LF ), également connue sous le nom de lactotransferrine ( LTF ), est une protéine multifonctionnelle de la famille des transferrines . La lactoferrine est une glycoprotéine globulaire d'une masse moléculaire d'environ 80 kDa qui est largement représentée dans divers fluides sécrétoires, tels que le lait , la salive , les larmes et les sécrétions nasales . La lactoferrine est également présente dans les granules secondaires des PMN et est sécrétée par certaines cellules acineuses . La lactoferrine peut être purifiée à partir du lait ou produite de manière recombinante . Le colostrum humain ( « premier lait » ) a la concentration la plus élevée, suivi du lait humain, puis du lait de vache (150 mg/L).
La lactoferrine est l'un des composants du système immunitaire du corps; il a une activité antimicrobienne ( bactéricide , fongicide ) et fait partie de la défense innée, principalement au niveau des muqueuses. En particulier, la lactoferrine confère une activité antibactérienne aux nourrissons humains. La lactoferrine interagit avec l' ADN et l' ARN , les polysaccharides et l' héparine , et montre certaines de ses fonctions biologiques dans des complexes avec ces ligands .
Histoire
La présence de protéines rouges contenant du fer dans le lait bovin a été signalée dès 1939; cependant, la protéine n'a pas pu être correctement caractérisée car elle n'a pas pu être extraite avec une pureté suffisante. Ses premières études détaillées ont été rapportées vers 1960. Elles ont documenté le poids moléculaire, le point isoélectrique , les spectres d'absorption optique et la présence de deux atomes de fer par molécule de protéine. La protéine était extraite du lait, contenait du fer et était structurellement et chimiquement similaire à la transferrine sérique . Par conséquent, elle a été nommée lactoferrine en 1961, bien que le nom de lactotransferrine ait été utilisé dans certaines publications antérieures, et des études ultérieures ont démontré que la protéine n'est pas limitée au lait. L'action antibactérienne de la lactoferrine a également été documentée en 1961 et a été associée à sa capacité à lier le fer.
Structure
Gènes de la lactoferrine
Au moins 60 séquences de gènes de lactoferrine ont été caractérisées chez 11 espèces de mammifères. Dans la plupart des espèces, le codon d'arrêt est TAA et TGA dans Mus musculus . Les délétions, insertions et mutations de codons stop affectent la partie codante et sa longueur varie entre 2 055 et 2 190 paires de nucléotides . Le polymorphisme des gènes entre espèces est beaucoup plus diversifié que le polymorphisme intraspécifique de la lactoferrine. Il existe des différences dans les séquences d'acides aminés : 8 chez Homo sapiens , 6 chez Mus musculus , 6 chez Capra hircus , 10 chez Bos taurus et 20 chez Sus scrofa . Cette variation peut indiquer des différences fonctionnelles entre différents types de lactoferrine.
Chez l'homme, le gène de la lactoferrine LTF est situé sur le troisième chromosome du locus 3q21-q23. Chez les bœufs , la séquence codante se compose de 17 exons et a une longueur d'environ 34 500 paires de nucléotides . Les exons du gène de la lactoferrine chez les bœufs ont une taille similaire à celle des exons d'autres gènes de la famille des transferrines , alors que les tailles des introns diffèrent au sein de la famille. La similitude de la taille des exons et de leur distribution dans les domaines de la molécule de protéine indique que le développement évolutif du gène de la lactoferrine s'est produit par duplication. L'étude du polymorphisme des gènes codant pour la lactoferrine permet de sélectionner des races d'élevage résistantes à la mammite .
Structure moleculaire
La lactoferrine est l'une des protéines de la transferrine qui transfèrent le fer vers les cellules et contrôlent le niveau de fer libre dans le sang et les sécrétions externes. Il est présent dans le lait de l'homme et d'autres mammifères, dans le plasma sanguin et les neutrophiles et est l'une des principales protéines de pratiquement toutes les sécrétions exocrines des mammifères, telles que la salive , la bile , les larmes et le pancréas . La concentration de lactoferrine dans le lait varie de 7 g/L dans le colostrum à 1 g/L dans le lait mature.
La diffraction des rayons X révèle que la lactoferrine est basée sur une chaîne polypeptidique qui contient environ 700 acides aminés et forme deux domaines globulaires homologues appelés lobes N et C. Le lobe N correspond aux résidus d'acides aminés 1 à 333 et le lobe C à 345 à 692, et les extrémités de ces domaines sont reliées par une courte hélice . Chaque lobe se compose de deux sous-domaines, N1, N2 et C1, C2, et contient un site de liaison au fer et un site de glycosylation . Le degré de glycosylation de la protéine peut être différent et donc le poids moléculaire de la lactoferrine varie entre 76 et 80 kDa. La stabilité de la lactoferrine a été associée au degré élevé de glycosylation.
La lactoferrine appartient aux protéines basiques, son point isoélectrique est de 8,7. Il existe sous deux formes : l'hololactoferrine riche en fer et l'apolactoferrine sans fer. Leurs structures tertiaires sont différentes ; l'apolactoferrine est caractérisée par une conformation "ouverte" du lobe N et une conformation "fermée" du lobe C, et les deux lobes sont fermés dans l'hollactoferrine.
Chaque molécule de lactoferrine peut lier de manière réversible deux ions de fer, de zinc , de cuivre ou d'autres métaux. Les sites de liaison sont localisés dans chacun des deux globules protéiques. Là, chaque ion est lié à six ligands : quatre de la chaîne polypeptidique (deux résidus tyrosine , un résidu histidine et un résidu acide aspartique ) et deux des ions carbonate ou bicarbonate .
La lactoferrine forme un complexe rougeâtre avec le fer ; son affinité pour le fer est 300 fois supérieure à celle de la transferrine . L'affinité augmente en milieu faiblement acide. Cela facilite le transfert du fer de la transferrine à la lactoferrine lors des inflammations , lorsque le pH des tissus diminue en raison de l'accumulation d' acides lactiques et autres. La concentration en fer saturé en lactoferrine du lait maternel est estimée à 10 à 30 % (100 % correspond à toutes les molécules de lactoferrine contenant 2 atomes de fer). Il est démontré que la lactoferrine est impliquée non seulement dans le transport du fer, du zinc et du cuivre, mais aussi dans la régulation de leur apport. La présence d'ions libres de zinc et de cuivre n'affecte pas la capacité de fixation du fer de la lactoferrine et pourrait même l'augmenter.
Formes polymériques
Tant dans le plasma sanguin que dans les fluides sécrétoires, la lactoferrine peut exister sous différentes formes polymériques allant des monomères aux tétramères . La lactoferrine a tendance à polymériser à la fois in vitro et in vivo , en particulier à des concentrations élevées. Plusieurs auteurs ont trouvé que la forme dominante de la lactoferrine dans des conditions physiologiques est un tétramère, avec un rapport monomère:tétramère de 1:4 aux concentrations protéiques de 10 -5 M.
Il est suggéré que l' état oligomère de la lactoferrine est déterminé par sa concentration et que la polymérisation de la lactoferrine est fortement affectée par la présence d' ions Ca 2+ . En particulier, les monomères ont été dominant à des concentrations inférieures à 10 -10 -10 -11 M , en présence de Ca 2+ , mais ils convertis en tétramères à des concentrations au- dessus de la lactoferrine 10 -9 -10 -10 M. Titer de la lactoferrine dans les correspond sanguins à cette "concentration de transition" particulière et donc la lactoferrine dans le sang doit être présentée à la fois comme un monomère et un tétramère. De nombreuses propriétés fonctionnelles de la lactoferrine dépendent de son état oligomérique. En particulier, la lactoferrine monomère, mais pas tétramère, peut se lier fortement à l'ADN.
Fonction
La lactoferrine appartient au système immunitaire inné . Outre sa fonction biologique principale, à savoir la liaison et le transport des ions fer, la lactoferrine possède également des fonctions et propriétés antibactériennes, antivirales, antiparasitaires , catalytiques, anticancéreuses et antiallergiques.
Activité enzymatique de la lactoferrine
La lactoferrine hydrolyse l' ARN et présente les propriétés des ribonucléases sécrétoires spécifiques de la pyrimidine . En particulier, en détruisant le génome de l'ARN, la RNase du lait inhibe la transcription inverse des rétrovirus qui causent le cancer du sein chez la souris. Les femmes parsis de l' Inde occidentale ont un taux de RNase dans le lait nettement inférieur à celui des autres groupes et leur taux de cancer du sein est trois fois plus élevé que la moyenne. Ainsi, les ribonucléases du lait, et la lactoferrine en particulier, pourraient jouer un rôle important dans la pathogenèse .
Récepteur de la lactoferrine
Le récepteur de la lactoferrine joue un rôle important dans l' internalisation de la lactoferrine ; il facilite également l'absorption des ions fer par la lactoferrine. Il a été montré que l'expression des gènes augmente avec l'âge dans le duodénum et diminue dans le jéjunum . Il a été démontré que l' enzyme glycolytique au noir glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase ( GAPDH ) fonctionne comme un récepteur de la lactoferrine.
Activité osseuse
La lactoferrine enrichie en ribonucléase a été utilisée pour examiner comment la lactoferrine affecte les os. La lactoferrine a montré des effets positifs sur le remodelage osseux. Il a aidé à diminuer la résorption osseuse et à augmenter la formation osseuse. Cela a été indiqué par une diminution des niveaux de deux marqueurs de la résorption osseuse ( désoxypyridinoline et N-télopeptide ) et une augmentation des niveaux de deux marqueurs de la formation osseuse ( ostéocalcine et phosphatase alcaline ). Il a réduit la formation d' ostéoclastes , ce qui signifie une diminution des réponses pro-inflammatoires et une augmentation des réponses anti-inflammatoires, ce qui indique également une réduction de la résorption osseuse.
Interaction avec les acides nucléiques
L'une des propriétés importantes de la lactoferrine est sa capacité à se lier aux acides nucléiques. La fraction de protéine extraite du lait contient 3,3% d'ARN, mais la protéine se lie de préférence à l'ADN double brin plutôt qu'à l'ADN simple brin. La capacité de la lactoferrine à se lier à l'ADN est utilisée pour son isolement et sa purification en utilisant une chromatographie d'affinité avec des colonnes contenant des sorbants contenant de l'ADN immobilisé , tels que l' agarose avec l'ADN simple brin immobilisé.
Signification clinique
Activité antibactérienne
Le rôle principal de la lactoferrine est de séquestrer le fer libre et, ce faisant, d'éliminer le substrat essentiel nécessaire à la croissance bactérienne. L'action antibactérienne de la lactoferrine s'explique également par la présence de récepteurs spécifiques à la surface cellulaire des microorganismes. La lactoferrine se lie au lipopolysaccharide des parois bactériennes, et la partie fer oxydée de la lactoferrine oxyde les bactéries via la formation de peroxydes . Cela affecte la perméabilité de la membrane et entraîne la dégradation cellulaire ( lyse ).
Bien que la lactoferrine possède également d'autres mécanismes antibactériens non liés au fer, comme la stimulation de la phagocytose, l'interaction avec la membrane bactérienne externe décrite ci-dessus est la plus dominante et la plus étudiée. La lactoferrine non seulement perturbe la membrane, mais pénètre même dans la cellule. Sa liaison à la paroi bactérienne est associée au peptide spécifique lactoferricine , qui est situé au niveau du lobe N de la lactoferrine et est produit par clivage in vitro de la lactoferrine avec une autre protéine, la trypsine . Un mécanisme de l'action antimicrobienne de la lactoferrine a été rapporté car la lactoferrine cible la H + -ATPase et interfère avec la translocation des protons dans la membrane cellulaire, entraînant un effet létal in vitro .
La lactoferrine empêche la fixation de H. pylori dans l'estomac, ce qui à son tour aide à réduire les troubles du système digestif. La lactoferrine bovine a plus d'activité contre H. pylori que la lactoferrine humaine.
Activité antivirale
La lactoferrine en force suffisante agit sur une large gamme de virus humains et animaux basés sur des génomes à ADN et ARN , y compris le virus herpès simplex 1 et 2, le cytomégalovirus , le VIH , le virus de l'hépatite C , les hantavirus , les rotavirus , le poliovirus de type 1, le virus respiratoire syncytial humain , les virus de la leucémie murine et le virus Mayaro . L'activité contre COVID-19 a été spéculée mais pas prouvée.
Le mécanisme le plus étudié de l'activité antivirale de la lactoferrine est son détournement des particules virales des cellules cibles. De nombreux virus ont tendance à se lier aux lipoprotéines des membranes cellulaires puis à pénétrer dans la cellule. La lactoferrine se lie aux mêmes lipoprotéines repoussant ainsi les particules virales. L'apolactoferrine sans fer est plus efficace dans cette fonction que l'hollactoferrine; et la lactoferricine, qui est responsable des propriétés antimicrobiennes de la lactoferrine, ne montre presque aucune activité antivirale.
En plus d'interagir avec la membrane cellulaire, la lactoferrine se lie également directement aux particules virales, telles que les virus de l' hépatite . Ce mécanisme est également confirmé par l'activité antivirale de la lactoferrine contre les rotavirus, qui agissent sur différents types cellulaires.
La lactoferrine supprime également la réplication du virus après que le virus a pénétré dans la cellule. Un tel effet antiviral indirect est obtenu en affectant les cellules tueuses naturelles , les granulocytes et les macrophages - des cellules qui jouent un rôle crucial dans les premiers stades des infections virales, telles que le syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS).
Activité antifongique
La lactoferrine et la lactoferricine inhibent la croissance in vitro de Trichophyton mentagrophytes , responsables de plusieurs maladies de la peau comme la teigne . La lactoferrine agit également contre le Candida albicans - un champignon diploïde (une forme de levure ) qui provoque des infections orales et génitales opportunistes chez l'homme. Le fluconazole est utilisé depuis longtemps contre Candida albicans , ce qui a entraîné l'émergence de souches résistantes à ce médicament. Cependant, une combinaison de lactoferrine et de fluconazole peut agir contre les souches résistantes au fluconazole de Candida albicans ainsi que d'autres types de Candida : C. glabrata, C. krusei, C. parapsilosis et C. tropicalis . Une activité antifongique est observée pour l'incubation séquentielle de Candida avec la lactoferrine puis avec le fluconazole, mais pas l'inverse. L'activité antifongique de la lactoferricine dépasse celle de la lactoferrine. En particulier, le peptide synthétique 1-11 lactoferricine montre une activité beaucoup plus grande contre Candida albicans que la lactoferricine native.
L'administration de lactoferrine dans l'eau de boisson à des souris dont le système immunitaire est affaibli et qui présentent des symptômes d' ulcère aphteux a réduit le nombre de souches de Candida albicans dans la bouche et la taille des zones endommagées de la langue. L'administration orale de lactoferrine aux animaux a également réduit le nombre d'organismes pathogènes dans les tissus proches du tractus gastro-intestinal . Candida albicans pourrait également être complètement éradiqué avec un mélange contenant de la lactoferrine, du lysozyme et de l' itraconazole chez des patients séropositifs résistants aux autres antifongiques. Une telle action antifongique lorsque d'autres médicaments sont jugés inefficaces est caractéristique de la lactoferrine et est particulièrement intéressante pour les patients infectés par le VIH. Contrairement aux actions antivirales et antibactériennes de la lactoferrine, on sait très peu de choses sur le mécanisme de son action antifongique. La lactoferrine semble se lier à la membrane plasmique de C. albicans induisant un processus de type apoptotique.
Activité anticancérigène
L'activité anticancéreuse de la lactoferrine bovine (bLF) a été démontrée dans des cancers expérimentaux du poumon, de la vessie, de la langue, du côlon et du foie chez le rat, probablement par suppression d'enzymes de phase I, telles que le cytochrome P450 1A2 ( CYP1A2 ). De plus, dans une autre expérience réalisée sur des hamsters , la lactoferrine bovine a diminué de 50 % l'incidence du cancer de la bouche . Actuellement, le bLF est utilisé comme ingrédient dans les yaourts , les chewing-gums , les préparations pour nourrissons et les cosmétiques .
Fibrose kystique
Le poumon et la salive humains contiennent une large gamme de composés antimicrobiens, y compris le système lactoperoxydase, produisant de l' hypothiocyanite et de la lactoferrine, l'hypothiocyanite manquant chez les patients atteints de mucoviscidose . La lactoferrine, un composant de l'immunité innée, empêche le développement du biofilm bactérien . La perte d'activité microbicide et la formation accrue de biofilm due à une diminution de l'activité de la lactoferrine sont observées chez les patients atteints de mucoviscidose. Dans la mucoviscidose, la sensibilité aux antibiotiques peut être modifiée par la lactoferrine. Ces résultats démontrent le rôle important de la lactoferrine dans la défense de l'hôte humain et en particulier dans les poumons. La lactoferrine avec hypothiocyanite a obtenu le statut de médicament orphelin de l' EMEA et de la FDA .
Entérocolite nécrosante
Des preuves de faible qualité suggèrent que la supplémentation orale en lactoferrine avec ou sans l'ajout d'un probiotique peut diminuer l'apparition tardive de la septicémie et de l' entérocolite nécrosante (stade II ou III) chez les prématurés sans effet indésirable.
En diagnostic
Il a été démontré que les taux de lactoferrine dans le liquide lacrymal diminuent dans les maladies oculaires sèches telles que le syndrome de Sjögren . Un test rapide et portable utilisant la technologie microfluidique a été développé pour permettre la mesure des niveaux de lactoferrine dans le liquide lacrymal humain au point de service dans le but d'améliorer le diagnostic du syndrome de Sjögren et d'autres formes de sécheresse oculaire.
Nanotechnologie
La lactotransferrine a été utilisée dans la synthèse d'agrégats quantiques d'or fluorescent, ce qui a des applications potentielles en nanotechnologie.
Voir également
Les références
Liens externes
- Uniprot
- LTF sur le Centre national d'information sur la biotechnologie
- La lactoferrine de la FDA considérée comme sûre pour lutter contre E. Coli.