Defensin, alpha 5

Das humane Alpha Defensin 5 gehört zu der großen Gruppe der antimikrobiellen Peptide (AMP), einer heterogene Gruppe von natürlich vorkommenden, als sog. "endogene Antibiotika" bezeichnete, kleine (< 100 Aminosäuren), kationische amphiphile, Peptide mit breiter mikrobizider Wirksamkeit. Antimikrobielle Peptide werden von Pflanzen, Bakterien, Insekten, wirbellosen Tieren und Vertebraten synthetisiert.

Humane antimikrobielle Peptide spielen bei der angeborenen, unspezifischen Immunabwehr (s.u. Immunität, angeborene) im Rahmen einer epithelialen Barrierefunktion bei Respirations-, Urogenital- und Gastrointestinaltrakt sowie der Haut eine tragende Rolle bei der Abwehr infektiöser Erreger. Sie stellen neben der zellulären epithelialen Barriere eine Art chemische Barriere dar. Neben ihren direkten antimikrobiellen Funktionen modulieren sie inflammatorische Prozesse.

Das Defensin alpha 5 ist ein humanes Protein das durch das DEFA5-Gen kodiert wird, das auf dem Chromosom 8 p23.1 in einem Gen-Cluster, zusammen mit anderen AMP-Genen, lokalisiert ist.  Die Mitglieder der Defensin-Familie sind in ihrer Proteinsequenz sehr ähnlich aufgebaut und werden durch ein konserviertes Cystein-Motif charakterisiert.

Der primäre Syntheseort von Defensin alpha 5 sind die Paneth-Zellen im Ileum. Weiterhin wird das Defensin in den Granulae von neutrophilen Granulozyten sowie in den Epithelin von Schleimhautoberflächen des Intestinums, des respiratorischen und (unteren) Harntraktes sowie in der Vagina.

Alpha-Defensin 5 verfügt über antimikrobielle und antivirale Eigenschaften. Es wird angenommen dass alle alpha Defensine Erreger durch  Porenbildung in der Zellwand bekämpfen wodurch es zu einem Verlust der Membranstabilität und letztlich zum Absterben des Erregers kommt. 

Bisher sind die Fähigkeiten des Urintraktes (und anderer Epitheloberflächen) Infektionen zu vermeiden nicht vollständig verstanden. Humanes alpha-defensin 5 (HD5) wird u.a. in der unter physiologischen Konditionen in der menschlichen Niere und in dem unteren Harntrakt exprimiert. Die physiologische Defensin-Produktion dürfte wesentlich zu der antimikrobiellen Fähigkeiten des Uroepithels beitragen (Spencer JD et al. 2012). Bei einer Pyelonephritis kommt es zu deutlicher Steigerung der Expression von Alpha-defensin 5 (u. anderer Defensinen?).

Die antivirale Potenz (nachgewiesen bei Adenoviren und humane  Papillomaviren) von Defensin alpha 5 stellt eine stöchiometrische (von gr. stoicheion „Grundstoff“ und metron „Maß“) Funktion dar die durch die spezifische Tertiär-und Quatärstruktur (mehrere Proteinmoleküle lagern sich zu einem funktionellen Komplex zusammen) sowie durch die elektrische Ladung des antimikrobiellen Peptids bedingt ist. Zusammen mit einer hydrophoben Eigenschaft des Defensin-Komplexes kommt es zur Neutralisation der Viren durch das Defensin (Tenge VR et al. 2014).

Bei kindlichen Crohn-Patienten wurde enefalls ein Anstieg der Defensin-alpha-5-Expressionen in der entzündlichen Mukosa nachgewiesen (Zilbauer M et al. 2011). 

1. Etienne G et al.(2011) α-defensin 1-3 and α-defensin 4 as predictive markers of imatinib resistance and  relapse in CML patients. Dis Markers 30:221-227.
2. Salzman NH et al. (2010) Enteric defensins are essential regulators of intestinal microbial ecology. Nat Immunol 11:76-83.
3. Spencer JD et al. (2012) Human alpha defensin 5 expression in the human kidney and urinary tract. PLoS One 7:e31712. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22359618
4. Tenge VR et al. (2014)  Delineation of interfaces on human alpha-defensins critical for human adenovirus  and human papillomavirus inhibition.  PLoS Pathog 10:e1004360. 
5. Wilson SS et al. (2013) Antiviral mechanisms of human defensins. J Mol Biol 425:4965-4980.
6. Wu Z et al. (2004) Synthesis and characterization of human alpha-defensins 4-6. J Pept Res 64:118-125.
7. Zilbauer M et al. (2011) Intestinal alpha-defensin expression in pediatric inflammatory bowel disease. Inflamm Bowel Dis 17:2076-2086.