Characterization of novel cysteine proteases and their inhibitors in blood-feeding ticks and allergenic mites

Abstract

Proteolytické systémy hrají klíčovou roli u medicínsky významných členovců v procesech, jako jsou interakce parazita s hostitelem a rozvoj alergické hypersenzitivity. Tato disertační práce se zaměřuje na katepsinové proteázy a jejich inhibitory u klíšťat sajících krev a alergenních roztočů; zkoumá funkci, strukturu a biomedicínský význam u následujících nových molekul. Tyropin IrThy ze slin klíštěte obecného (Ixodes ricinus) byl připraven rekombinantní expresí a prokázán jako vysoce selektivní inhibitor katepsinů K, L a V. Pomocí NMR byla určena jeho struktura jako prvního parazitárního tyropinu a byla vysvětlena jeho inhibiční specifita. Získaná data naznačují roli IrThy v časných fázích hematofágie. Mapování proteáz alergenních roztočů Dermatophagoides farinae a Acarus siro identifikovalo dvě nové cysteinové proteázy typu katepsinů, DfCB a AsCC, které jsou sekretovány a kontaminují prostředí. Enzymová a proteomická analýza ukázala, že se odlišují od dosud známých skupin proteázových alergenů roztočů a mohou přispívat k alergické senzibilizaci. Byl vyvinut test aktivity pro jejich specifickou detekci. Rekombinantní DfCB, homologický s katepsiny B, byl funkčně charakterizován a byla prokázána jeho karboxytripeptidázová aktivita, dosud nepopsaná u katepsinů. Dále byla určena krystalová struktura...

Proteolytic systems play a crucial role in medically relevant arthropods in processes such as host-parasite interactions and the development of allergic hypersensitivity. This dissertation focuses on cathepsin proteases and their inhibitors in blood-feeding ticks and allergenic mites, exploring their function, structure, and biomedical relevance. The following novel molecules were investigated. Thyropin IrThy from the saliva of the hard tick Ixodes ricinus was recombinantly produced and shown to be a highly selective inhibitor of cathepsins K, L, and V. It was structurally characterized by NMR, as the first parasite thyropin, explaining its narrow inhibitory profile. The obtained data suggest a role for IrThy in the early stages of hematophagy. Proteolytic profiling of the allergenic mites Dermatophagoides farinae and Acarus siro identified two novel cathepsin-type cysteine proteases, DfCB and AsCC, which are excreted and contaminate the environment. Enzymatic and proteomic analyses demonstrated that they are distinct from previously known groups of mite protease allergens and may contribute to allergic sensitization. An activity assay for their specific detection was developed. Recombinant DfCB, a cathepsin B-like protease, was functionally characterized, revealing carboxytripeptidase activity...