Αξιοποίηση των θεραπευτικών ιδιοτήτων των υδατοδιαλυτών συστατικών της μαστίχας της Χίου για την καταπολέμηση του ελικοβακτηρίου του πυλωρού, H. Pylori

Abstract

The first part of the present thesis is dealing with the implication of the water extracts of mastic gum var Chia on growth inhibition of the pathogenic bacterium H. pylori as well as with their partial identification. After a series of experiments comprising biochemical and protein analytical methods, it is evidenced that the extracts contain AGPs (arabinogalactan proteins), which are heavily glycosylated proteins containing mostly arabinose and galactose. These glycoconjugated extracts exhibit antibacterial properties upon their addition to cultures that contain the pathogenic bacterium H. pylori. It was also shown that neutrophils isolated from healthy donors were activated after their incubation with the mastic glycoconjugates. In an attempt to investigate further the implication of mastic resin on other cellular mechanisms, mastic gum was given to donors for the duration of a month. These results show that the neutrophil-activating ability of the protein HPNAP (Helicobacter pylori Neutrophil Activating Protein) of H. pylori, in the presence of the water extracts of mastic gum was significantly reduced, indicating a role of mastic gum in the mechanisms of immunologic tolerance. The second part of this thesis is dealing with studies concerning the structurefunction relationship of the HPNAP (Helicobacter pylori Neutrophil Activating Protein) protein of H. pylori that crosses the epithelial lining and recruits neutrophils and monocytes which extravasate and cause tissue damage by releasing reactive oxygen intermediates (ROIs). HPNAP is a dodecameric protein, consisting of twelve identical monomers, and in this form exhibits a ferroxidase activity, oxidizing Fe(II) to Fe(III), stores the oxidized iron in the internal cavity and protects DNA from free radicals. The residues Ηis25, Ηis37, Asp52, Glu56 and Lys134 are localized within the ferroxidase center and they are responsible for the formation and stability of the protein dimmers, which is the first step in the process of dodecamer formation. Replacement of these residues by Ala (except that of Asp52) revealed total loss of ferroxidase activity, inability of dodecamer formation and total DNA degradation in environments rich in ROIs. The subsequent inference from these observations is that HPNAP needs its structure for the above mentioned cellular functions. On the contrary, neutrophil activation ability is exhibited by both wild type HPNAP and mutant HPNAP. Two possible binding regions of the protein with the neutrophil receptors are helices H3(L69-L75) and H4(K89-L114). Both regions are exposed in the surface of the dodecamer and therefore are able to interact with the neutrophil receptors. In conclusion, the HPNAP protein is a multifunctional molecule forming dodecamers indispensable for iron oxidation, storage and DNA protection from ROIs. Furthermore, it activates neutrophils by the helices H3 and H4 that are localized in its C-terminal region and are exposed on its surface.

Στην προκείμενη διατριβή ταυτοποιήθηκε μερικώς η σύσταση των υδατικών εκχυλισμάτων της μαστίχας της Χίου και ελέγχθηκε η δράση τους κατά του παθογόνου ελικοβακτηρίου του πυλωρού. Βρέθηκε ότι τα υδατικά αυτά εκχυλίσματα, τα οποία παραλαμβάνονται με εκχύλιση σε χαμηλές συγκεντρώσεις αλάτων, περιέχουν AGP πρωτεΐνες με υψηλό ποσοστό αραβινόζης και γαλακτόζης και χαρακτηρίστηκαν ως αραβινογαλακτάνες. Καλλιέργειες in vitro του ελικοβακτηρίου του πυλωρού με την προσθήκη των υδατικών αυτών εκχυλισμάτων έδειξαν αναστολή της ανάπτυξής του. Επιπρόσθετα, μετά από επώαση των εκχυλισμάτων με ουδετερόφιλα από υγιείς δότες παρατηρήθηκε ενεργοποίηση των κυττάρων. Μετά την λήψη μαστίχας για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα και πειράματα ενεργοποίησης των ουδετερόφιλων τα οποία επωάσθηκαν ταυτόχρονα με την ΗΡΝΑΡ (Helicobacter pylori Neutrophil Activating Protein) του ελικοβακτηρίου του πυλωρού παρατηρήθηκε σταδιακή μείωση της ενεργοποίησης που εξηγείται ως πιθανή εμπλοκή της μαστίχας σε μηχανισμούς ανοσολογικής ανοχής. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας αυτής μελετήθηκε η σχέση δομής- λειτουργίας μιας πρωτεΐνης του ελικοβακτηρίου του πυλωρού, της ΗΡΝΑΡ (Helicobacter pylori Neutrophil Activating Protein), η οποία ενεργοποιεί τα ουδετερόφιλα πυροδοτώντας μια σειρά αντιδράσεων που έχουν ως τελικό αποτέλεσμα την συγκρότηση της NADPH οξειδάσης και την παραγωγή ελευθέρων ριζών που είναι καταστρεπτικές για τα κύτταρα. Η ΗΡΝΑΡ συγκροτεί δωδεκαμερή και με την δομή αυτή έχει δράση φεροξειδάσης, οξειδώνει, δηλαδή, τον δισθενή σίδηρο σε τρισθενή, τον αποθηκεύει στην εσωτερική κοιλότητα που δημιουργείται και προστατεύει το DNA από την καταστρεπτική δράση των ελευθέρων ριζών. Τα αμινοξέα Ηis25, Ηis37, Asp52, Glu56 και Lys134 βρίσκονται στο ενεργό κέντρο και είναι υπεύθυνα τόσο για τον σχηματισμό των διμερών όσο και για την σταθεροποίησή τους σε υδατικά διαλύματα προκειμένου να συγκροτηθεί η πρωτεΐνη στην δωδεκαμερή της μορφή. Αντικατάσταση των Ηis25, Ηis37, Asp52 και Lys134 με αλανίνη, οδηγεί σε απώλεια της δράσης της φεροξειδάσης, αποσυγκρότηση του δωδεκαμερούς και μη παρεμπόδιση της αποικοδόμησης DNA σε περιβάλλον πλούσιο σε ελεύθερες ρίζες. Αντίθετα, η ενεργοποίηση των ουδετερόφιλων γίνεται τόσο από την ΗΡΝΑΡ αγρίου τύπου όσο και από την ΗΡΝΑΡmut. Οι περιοχές πρόσδεσης της πρωτεΐνης με τους υποδοχείς των ουδετερόφιλων είναι πιθανόν να είναι οι έλικες H3(L69-L75) και H4(K89-E114) της καρβοξυτελικής περιοχής της πρωτεΐνης οι οποίες είναι εκτεθειμένες τόσο στο δωδεκαμερές της ΗΡΝΑΡ αγρίου τύπου όσο και στην ΗPNAPmut.