Zeitschrift für Pflanzenphysiologie und Pathologie

Strukturmotive in pflanzlichen Defensinen der Klassen I und II für Phospholipid-Interaktionen: Faszinierende Rolle der Ligandenbindung und Wirkungsweisen

Guillen-Chable Francisco A und Estrada Georgina

Strukturmotive in pflanzlichen Defensinen der Klassen I und II für Phospholipid-Interaktionen: Faszinierende Rolle der Ligandenbindung und Wirkungsweisen

Defensine sind kationische antimikrobielle Peptide, die in der Natur weit verbreitet sind. Pflanzen haben als sesshafte Organismen, die Pilzen und anderen Krankheitserregern ausgesetzt sind, Mechanismen entwickelt, um mit Infektionen umzugehen. Pflanzendefensine gelten als infektionsreaktive Moleküle, dennoch sind mehrere abiotische Faktoren Auslöser und es wird über eine Reihe von Wirkungsweisen berichtet. Phospholipidbindungsprofile sind sowohl für Defensine der Klasse I als auch der Klasse II charakteristisch. Durch Vergleich der Aminosäurezusammensetzung von MtDEF4 der Klasse I und NaD1 der Klasse II werden strukturelle Unterschiede oder Motive der Primärstruktur für Phospholipidliganden analysiert. Als Ergebnis wird in dieser Übersicht ein Gly-Rest der γ-Kernschleife als Merkmal von Phospholipid-bindenden Defensinen der Klasse I vorgeschlagen. Da die beiden Defensingruppen in Solanaceae-Pflanzen vorkommen, ist eine Synergie oder überlappende Funktion möglich. Das N-ter und die γ-Kernschleife definieren die 3D-Ligandenbindungsstelle von Phosphoinositol-4,5-bisphosphat (PIP2) im NaD1-Klasse-II-Defensin, während die basischen Reste in der γ-Kernschleife des Klasse-I-Defensins MtDEF4 für den Zelleintritt unerlässlich sind. Defensine von Capsicum weisen strukturelle Einschränkungen für charakteristische Lipidbindungsprofile von Klasse-I- und Klasse-II-Defensinen auf. Primäre und 3D-Strukturmotive, insbesondere Reste an den Positionen 4 und 42 und der umfassend untersuchte γ-Kern, sind an der Interaktionsstelle für die Protein-PIP2/PA-Bindung beteiligt, während die hydrophoben Oberflächen mit zusätzlichen Komponenten von Membran- oder Zellwandbestandteilen interagieren müssen. Die 3D-Bindungstasche für die Phospholipidbindung zeigt, dass Mitglieder der Klasse II auf Kopfgruppenphosphate des PIP2 im Inositolring abzielen, wie für NaD1 gezeigt wurde. Daher sind geladene Reste auch in MtDEF4 an der Phosphatligandenkoordination beteiligt. Phylogenetische Beziehungen zu Medicago truncatula-Defensinen kennzeichnen die konservierten Peptidmotive der Klasse I in Solanaceae und Leguminoseae. Dieser Bericht fasst den neuesten Stand der Technik in Bezug auf die Wirkungsweisen von Sphigolipid- vs. Phospholipid-bindendem Pflanzendefensin zusammen und enthüllt bestimmte Motive reifer Peptid-Defensine der Klasse I und II in Solanaceae, die eine ausgeprägte Bindung an Phosphoinositide und Phosphatidsäure gezeigt haben.