Protein Venom (Racun) dari Tawon Endoparasitoid dan Peranannya dalam Interaksi Inang-Parasitoid

PENGANTAR

Tawon parasitoid dari ordo Hymenoptera adalah salah satu kelompok serangga yang paling menarik. Dari sudut pandang praktis, mereka tak ternilai dalam pengendalian biologis klasik dan augmentatif dari berbagai serangga hama. Dari sudut pandang evolusioner, mekanisme berevolusi oleh tawon untuk memastikan perkembangan yang sukses dari keturunan mereka sangat fenomenal. Beberapa komponen yang terlibat dalam adaptasi ini dapat dimanfaatkan, di masa depan, untuk meningkatkan pengendalian biologis serangga hama oleh modifikasi genetik parasitoid, inangnya, atau tanaman. Selain itu, mengeksplorasi mekanisme yang terlibat dalam penghindaran / penekanan sistem kekebalan tubuh inang telah sangat membantu untuk belajar tentang bagaimana sistem kekebalan pada serangga bekerja.


Pada endoparasitoid, berbagai komponen dimasukkan ke dalam inang saat oviposisi yang memfasilitasi perkembangan progeni/keturunan mereka, termasuk cairan venom atau racun. Secara tradisional, racun telah didefinisikan sebagai cairan beracun yang menyebabkan kematian mendadak atau kelumpuhan di inang / mangsa. Namun, definisi terbaru dan modern menganggap racun sebagai sekresi yang dikirim melalui luka yang mengganggu proses fisiologis normal untuk memfasilitasi makan atau pertahanan oleh hewan yang menghasilkan racun (36). Banyak protein racun menunjukkan kesamaan struktural dan fungsional untuk molekul yang ada dalam tubuh yang terlibat dalam proses fisiologis dan biokimia normal pada hewan. Protein ini ditemukan dalam beberapa kelompok hewan berbisa, menandakan pengerahan mereka (protein) yang memusat selama evolusi menjadi racun, beberapa di antaranya juga dikerahkan dalam air liur serangga hematophagous (36). Racun dari tawon parasitoid terdiri dari campuran kompleks protein serta komponen yang tidak mengandung protein yang terlibat dalam manipulasi inang. Dalam ulasan ini, dibahas sifat biokimia dan fungsional dari protein racun dari tawon endoparasitoid dan mengeksplorasi mekanisme yang mempengaruhi mereka dalam interaksi inang-parasit pada tingkat molekuler.

RACUN DAN STRATEGI KEHIDUPAN PARASITOID: ENDOPARASITISME VERSUS EKTOPARASITISME

Cara kerja protein racun dari tawon parasitoid sangat bergantung pada strategi hidup mereka. Parasitoid secara luas dibagi menjadi ektoparasitoid dan endoparasitoid (6). Ektoparasitoids menempelkan telur mereka secara eksternal ke inang; larva menetas dan terus memakan secara eksternal pada inang sampai ia menjadi kepompong. Ini membutuhkan imobilisasi inang untuk mengamankan sumber makanan bagi keturunan tawon. Oleh karena itu, racun ektoparasitoid menyebabkan sebagian besar kelumpuhan jangka panjang dari inang dan menghalangi perkembangan selanjutnya mengikuti parasitisasi (idiobionts). Namun demikian, ada pengecualian di mana kelumpuhan bersifat sementara tetapi penahanan perkembangan berlaku permanen di inang (20). Selain kelumpuhan dan penahanan perkembangan, bukti yang terkumpul menunjukkan bahwa racun dari tawon ektoparasit juga mengganggu respon imun inang (83, 87).

Endoparasitoid, di sisi lain, menyimpan telur mereka di dalam hemocoel inang, di mana mereka terus tumbuh sebagai larva, dan masih memungkinkan inang tetap berkembang (koinobionts) (6). Kecuali untuk beberapa contoh, efek paralitik (kelumpuhan) belum dilaporkan untuk sebagian besar endoparasitoid, meskipun hal ini mungkin utamanya disebabkan oleh efek paralisis ringan dan hanya sementara yang masih diabaikan. Sebagian besar komponen terdapat dalam cairan racun tawon endoparasitoid yang terlibat dalam pengaturan inang dengan secara langsung atau tidak langsung mempengaruhi fungsi kekebalan tubuh, memfasilitasi masuknya virus simbiotik, menyediakan lingkungan gizi yang cocok, dan menunda / menahan perkembangan inang pada tahap larva.

SIFAT BIOKIMIA DAN BIOFISIK PROTEIN RACUN ENDOPARASITOID

Racun dari parasitoid Hymenoptera adalah sumber yang kaya dari biomolekul yang mengandung peptida kecil, termasuk neurotoksin, amina dan enzim dengan molekul menengah hingga  tinggi yang terlibat dalam manipulasi fisiologi inang. Mirip dengan racun protein dari hewan berbisa lainnya, protein racun endoparasitoid umumnya sekretorik; ada di keluarga protein; menunjukkan kesamaan  dengan protein tubuh, menunjukkan perolehan mereka dari protein-protein itu; dan memiliki struktur molekul yang stabil. Secara umum, ukuran polipeptida dari endoparasitoid serangga tawon lebih besar daripada predator, tawon sosial dan lebah, dan mereka sebagian besar bersifat asam (41, 47, 55, 75). Selanjutnya, glikosilasi protein racun dari endoparasitoids telah dilaporkan (5). Jones dkk. (42) mengamati pertama kali fitur unik dari peptida sinyal dalam racun protein dari hymenopteran, yang selanjutnya dianalisis oleh Moreau & Guillot (62), yang menggunakan sejumlah besar protein racun. Analisis menunjukkan bahwa peptida sinyal dari endoparasitoid tidak seperti umumnya, tidak biasa dan konsisten, dengan definisi peptida sinyal klasik. Kelompok utama polipeptida yang ditemukan dalam racun dari endoparasitoid adalah enzim, protease inhibitor, dan faktor paralitik yang akan dibahas di bawah ini.

Enzim

Protein dengan domain enzimatik yang dilestarikan merupakan proporsi utama dari komponen racun yang dilaporkan dari racun endoparasitoid (Tabel 1). Enzim mungkin terlibat dalam pengaturan inang atau metabolisme racun dalam kelenjar racun, tetapi dalam banyak kasus peran mereka yang tepat dalam parasitisme tidak diketahui dengan jelas. Di bawah ini, kami membahas kelompok enzim utama yang dilaporkan sejauh ini; Namun, enzim lain yang telah dilaporkan dari racun endoparasitoid meskipun hanya struktur dan fungsi yang belum dicirikan secara rinci juga tercantum dalam Tabel 1.

Hidrolase
Protein heterotetrameric 94-kDa, terdiri dari subunit 30- dan 18-kDa, dari Asobara tabida (Braconidae) yang memarasit Drosophila spp. memiliki kesamaan urutan dengan beberapa subunit aspartilglukosaminidase (63). Dalam analisis fungsional protein secara in vitro menggunakan "standard assays failed" untuk membangun aktivitas enzimatik dalam ekstrak racun. Namun, ada pendapat bahwa protein mungkin bertanggung jawab untuk efek paralitik sementara yang diamati pada larva inang (lihat di bawah) (11).

Asam fosfatase, yang terutama terkait dengan lisosom yang terlibat dalam degradasi dan kematian sel (13), telah dilaporkan dari Pteromalus puparum (Pteromalidae) dan Pimpla hypochondriaca (Ichneumonidae) (22, 115). Kedua enzim sangat aktif dalam kondisi asam, dengan aktivitas optimal pada pH 4,8. Namun, mereka memiliki sedikit atau tidak ada aktivitas pada kondisi netral atau basa, meningkatkan pertanyaan tentang aktivitas enzim ini di bawah kondisi fisiologis hemolymph inang yang mendekati netral atau sedikit basa. Peran protein ini dalam interaksi inang-parasitoid masih belum diketahui, tetapi mungkin terlibat dalam pelepasan karbohidrat di inang, menyediakan nutrisi untuk parasitoid yang berkembang, atau mungkin mengganggu kekebalan inang oleh protein terkait kekebalan dephosphorylating (22) . Pada P. hypochondriaca, enzim tidak memiliki efek pada hemosit dan perilaku mereka (22). Selain asam fosfatase, aktivitas hidrolase lainnya (β-glukosidase, esterase, β-galaktosidase, esterase lipase, dan lipase) juga terdeteksi pada P. hypochondriaca tetapi fungsinya dalam interaksi parasitoid-inang belum diteliti (22).

γ-Glutamyl Transpeptidase
Sebuah protein non glycosylated heterodimerik dari ukuran sekitar 55 kDa, terdiri dari 36-dan 18-kDa subunit, diisolasi dari cairan racun dari Aphidius ervi (Braconidae) (34). Analisis urutan protein menunjukkan bahwa ia memiliki kemiripan yang signifikan dengan γ-glutamyl transpeptidases (γ-GTs) dari serangga lain. γ-GT adalah enzim yang memainkan peran kunci dalam metabolisme glutathione dengan mentransfer bagian glutamil ke berbagai molekul akseptor, sehingga berkontribusi pada perpindahan asam amino, mendukung homeostasis, dan melindungi sel dari stres oksidatif (114). Seperti γ-GT lainnya, polipeptida prekursor secara posttranslationally diolah menjadi dua subunit yang lebih kecil yang terikat secara non-kovalen satu sama lain. Namun, tidak seperti γ-GT lainnya, yang merupakan protein transmembran, γ-GT A. ervi adalah protein yang disekresikan. Itu sebelumnya menunjukkan bahwa racun dari A. ervi mengebiri inangnya, Acyrthosiphon pisum (Aphididae), dengan menginduksi degradasi jaringan ovarium inang (27). Kemudian, itu menegaskan bahwa γ-GT bertanggung jawab untuk menginduksi apoptosis dalam sel ovarium. , menyebabkan pengebirian inang mungkin dengan mengganggu keseimbangan halus glutathione, yang menyebabkan stres oksidatif pada sel ovarium dan memicu apoptosis (34).

Fenoloksidase
Aktivitas tirosinase phenoloxidase (PO) telah dilaporkan dari cairan racun hanya satu endoparasitoid, P. hypochondriaca (75). Enzim menjadi aktif tanpa adanya aktivator. Aktivasi prophenoloxidase (PPO) di hemolymph terjadi setelah aktivasi aliran serine protease pada induksi kekebalan. Enzim PO hypochondriaca bersifat peka panas dan dihambat oleh phenylthiocarbamide, inhibitor PO. Sekuensing klon DNA komplementer (cDNA) yang dihasilkan dari kelenjar racun P. hypochondriaca mengindikasikan adanya tiga protein yang terkait PPO (PPOI-III; semua -80 kDa) dengan 60% -77% identitas di antara klon (72). Perbedaan mencolok antara P. hypochondriaca PPO dan lainnya yang diisolasi dari hemosit adalah bahwa P. hypochondriaca PPO mengandung peptida sinyal, yang menempatkan mereka ke jalur sekresi dan akhirnya sekresi ke kantung racun. Aktivitas mereka diatur dalam kantung penyimpanan racun  dalam kaitannya dengan inhibitor (lihat Protease Inhibitors, di bawah). Hemosit PPO tampaknya dilepaskan ke hemolymph pada aktivasi kekebalan dan lisis hemosit (67). Selain itu, situs pembelahan proteolitik yang dilestarikan, hadir dalam semua PPO serangga, tidak ada di P. hypochondriaca PPO (72). Ini belum ditunjukkan secara eksperimental apakah PPO ini dibelah setelah injeksi ke inang atau setelah aktivasi in vitro, dan peran mereka dalam parasitisme belum ditentukan.

Urutan asam amino yang diduga dari klon dari pustaka (library) cDNA racun P. hypochondriaca menunjukkan kesamaan dengan beberapa laccases dari jamur dan Drosophila (74). Berbeda dengan tyrosinase PO, yang aktif sebagian besar di hemolymph dan terlibat dalam melanisasi dan penyembuhan luka, laccases terlibat dalam pengerasan dan penyamakan kutikula (2). Selain itu, laccases mengandung peptida sinyal dan oleh karena itu disekresikan protein, sedangkan tirosinase PO tidak disekresikan. Dalam hal ini, P. hypochondriaca PPOI-III seperti laccases, tetapi dalam hal sifat biokimia mereka termasuk tipe tyrosinase PPOs. Peran laccase P. hypochondriaca  dalam interaksi inang-parasit masih harus dilakukan ditentukan.

Chitinase
Sebuah kitinase 52-kDa ditemukan dalam racun parasitoid telur Chelonus dekat curvimaculatus (Braconidae) mengandung semua residu yang dilestarikan untuk aktivitas chitinolytic (43, 47). Ironisnya, enzim itu ada dalam bentuk aktifnya di kantung penyimpanan racun chitin. Meskipun kesamaan urutan yang signifikan dengan kitinase serangga lain yang dikenal, C. curvimaculatus chitinase menunjukkan sifat struktural dan kinetik yang berbeda yang menunjukkan divergensi dari kitinase arthropoda yang tidak beracun (47). Misalnya, terminus karboksil sangat menyimpang dan tidak memiliki domain Ser / Thr-kaya setelah peptida sinyal, dan domain katalitik memiliki aktivitas spesifik yang lebih tinggi dan kurang sensitif terhadap inhibisi substrat. Sebagai akibatnya, enzim racun yang dikerahkan mungkin memiliki spesifitas substrat yang berbeda yang berkontribusi terhadap kurangnya aktivitas melawan reservoir racun "chitin-lined". Pentingnya enzim racun ini dalam parasitisme belum dieksplorasi, tetapi kemungkinan terlibat dalam disosiasi dan degradasi sel dari jaringan inang, memfasilitasi makan larva endoparasitoid.


Reprolysin
Anggota keluarga reprolysin adalah metaloproteinase yang membutuhkan zinc untuk katalisis. Mereka telah ditemukan terutama di ular, tetapi anggota keluarga lainnya telah dilaporkan dari mamalia dan invertebrata juga (91). Satu-satunya molekul reprolysin yang diketahui dari racun endoparasitoid adalah dari P. hypochondriaca (rep1) (69). Ukuran protein matang adalah 39,9 kDa, mengandung domain katalitik yang dilestarikan dengan dua residu histidin yang terlibat dalam pengikatan seng dan domain disintegrin yang dilestarikan. Domain yang terakhir terlibat dalam pengikatan pada reseptor integrin permukaan sel dan kunci ekstraseluler protein matriks yang mengandung domain faktor A von Willebrand (mis., Kolagen) (92). Akibatnya, hasil pengikatan dalam pembelahan substrat, menyebabkan destabilisasi matriks ekstraseluler atau interaksi matriks sel-ekstraseluler. Namun, uji agregasi hemosit in vitro menunjukkan bahwa fraksi racun yang mengandung rep1 tidak mempengaruhi agregasi hemosit inang (70). Selain itu, aktivitas enzimatik rep1 tidak ditetapkan seperti substrat umum, yang dapat menunjukkan spesifitas substrat metalloproteinase (69).

Baru-baru ini, tiga cDNA reprolysin-seperti (EpMP1-3) diidentifikasi dari racun dari ektoparasitic tawon Eulophus pennicornis (Eulophidae) (78). Meskipun EpMP1-3 mengandung domain metalloproteinase, mereka tidak memiliki domain disintegrin pada terminus C, yang ada pada rep1. Percobaan injeksi menggunakan rekombinan EpMP3 menunjukkan peran yang mungkin untuk protein dalam manipulasi pengembangan inang dengan menekan molting dan metamorfosis. E. pennicornis parasitizes inang yang sama dengan P. hypochondriaca, Lacanobia oleracea. Meskipun rep1 dan EpMP1-3 tidak termasuk dalam kelompok reprolysin yang sama, rep1 mungkin masih terlibat dalam manipulasi perkembangan inang.

Inhibitor Protease

Beberapa polipeptida dengan kesamaan urutan asam amino dengan protease inhibitor telah dilaporkan dari racun endoparasitoid. Namun, fungsi protease inhibitor mereka sebagian besar belum dipelajari. Selain itu, karena kurangnya informasi, kita tidak tahu apakah fungsi polipeptida relevan dengan metabolisme racun dalam kelenjar racun dan kantung penyimpanan, manipulasi inang, atau keduanya. Mayoritas protease inhibitor ini telah dilaporkan dari P. hypochondriaca. Sebagai contoh, inhibitor PO dalam racun menghambat aktivitas PO dalam kantung penyimpanan racun dengan mengikat ke protein, mungkin untuk menghindari kerusakan potensial oleh enzim terhadap jaringan kantung racun dan komponen racun yang disimpan lainnya (75). Dua fraksi racun yang menunjukkan aktivitas penghambatan PO mengandung peptida 12 dan <3 kDa. Inhibitor bersifat stabil pada panas, sedangkan racun PPO sensitif terhadap panas.

Empat protein racun yang kaya cysteine (cvps) dari P. hypochondriaca racun (cvp1, -2, -4, dan -6) menunjukkan identitas urutan yang signifikan untuk protease inhibitor yang dikenal (73). cvp1 secara fisik terkait dengan PPO dalam racun, menunjukkan bahwa itu mungkin terlibat dalam penghambatan aktivitas PO dalam racun. Pengenceran racun yang disuntikkan ke inang pada parasitisasi dapat memungkinkan pengaktifan racun-racun yang ditunjukkan secara in vitro (75). cvp2 dan cvp4 mirip dengan protease inhibitor jenis Kunitz dan pacifastin. Peran penghambat enzim mereka belum didokumentasikan, tetapi mengingat adanya lima enzim selain PPO dalam racun P. hypochondriaca, inhibitor juga dapat terlibat dalam penghambatan enzim lain atau regulasi inang.

Sebuah peptida 4.6-kDa dari Cotesia rubecula (Braconidae) racun (Vn4.6) menghambat melanisasi di hemolymph dari inangnya, Pieris rapae (4). Urutan peptida menunjukkan kemiripan pelipatan yang lemah dengan protease inhibitor tipe-Kunitz, tetapi dalam tes enzim trypsin dan α-chymotrypsin menggunakan substrat buatan, Vn4.6 gagal menghambat aktivitas enzim.

Protein racun dari Leptopilina boulardi (Figitidae), bernama LbSPNy, termasuk dalam keluarga serine protease inhibitor (serpin) (19). Pusat lingkaran reaktif dari LbSPNy menunjukkan residu yang diawetkan dengan serpins serangga yang terlibat dalam aliran melanisasi. Bukti eksperimental menunjukkan bahwa LbSPNy menghambat aktivasi aliran PO (lihat Efek pada Respons Humoral, di bawah).

Faktor Paralitik

Berbeda dengan mayoritas idiobionts, paralisis jarang terjadi pada koinobionts, kecuali beberapa dari mereka yang menyebabkan kelumpuhan sementara pada inang. Efek ini berlangsung dari kurang dari 5 menit hingga sekitar 2 jam pasca injeksi racun. Alasan yang tepat untuk kelumpuhan sementara ini tidak sepenuhnya dipahami. Desneux et al. (26) menguji dua hipotesis alternatif dalam sistem inang-parasitoid mereka: (a) Kelumpuhan sementara mengganggu perilaku pertahanan inang, memfasilitasi keberhasilan oviposisi, dan (b) paralisis sementara digunakan oleh parasitoid sebagai sarana untuk menghindari superparasitisme diri. Parasitisme kutu daun oleh dua endoparasitoid, Binodoxys communis dan B. koreanus (Braconidae), menyebabkan 4,5–8 menit kelumpuhan pada inang. Yang menarik, bukti mendukung hipotesis kedua, tetapi bukan yang pertama. Ini akan menarik untuk menguji hipotesis ini dalam sistem inang-parasitoid lain untuk menentukan apakah ini adalah adaptasi evolusioner yang lebih umum.

Hanya ada beberapa laporan yang menunjukkan kelumpuhan sementara disebabkan oleh endoparasitoid. Asobara tabida racun disuntikkan ke larva D. melanogaster menyebabkan kelumpuhan sementara dari 30 hingga 120 menit setelah penyuntikan dengan gejala serupa terjadi pada parasitisasi alami (64). Selain kelumpuhan sementara, racun menyebabkan kematian pada larva inang sebelum atau pada pupasi tanpa adanya parasitoid. Menariknya, dua strain yang berbeda dari A. tabida (A1 dari Prancis dan WOPV dari Belanda) memiliki potensi racun yang berbeda dalam menyebabkan kelumpuhan dan kematian pada larva D. melanogaster, dengan WOPV menunjukkan efek yang lebih parah dibandingkan dengan strain A1 (64). Meskipun komponen lumpuh belum diidentifikasi, diduga bahwa komponen utama protein racun, protein seperti aspartilglukosaminidase, mungkin terlibat dalam kelumpuhan sementara oleh produksi aspartat, yang merupakan rangsangan neurotransmitter (63).

Dalam spesies yang terkait erat, Asobara japonica, racun disuntikkan ke dalam larva inang drosophilid sebelum oviposisi, menyebabkan paralisis lembek mengingatkan pada yang ditimbulkan oleh racun kalajengking, yang lebih lanjut mengkonfirmasikan bahwa komponen racun bertanggung jawab untuk paralisis (37). Dalam kasus berkembangnya endoparasitoid, racun menginduksi mortalitas pada inang biasa (D. simulans, D. lutescens, dan D. auraria), tetapi tidak pada inang tidak biasa (D. bipectinata dan D. cusphila), sebelum pupariation (pembentukan pupa), menunjukkan efek jangka panjang racun selain kelumpuhan segera setelah parasitisasi. Pada endoparasitoid yang sedang berkembang, mortalitas tidak diamati sebelum pupariasi inang, menunjukkan bahwa komponen yang disekresikan oleh larva berkembang dapat menghambat efek mematikan dari racun pada inang (37). Selanjutnya, efek paralitik racun A. japonica dapat dibalik dengan injeksi ekstrak ovarium jika perlakuannya cepat (dalam 1 menit) mengikuti injeksi racun (58). Observasi ini memperdebatkan hubungan evolusi yang dekat antara kelompok endoparasitoid dan ektoparasitic braconids yang menghasilkan racun paralitik (62).

Dalam Pimpla turionellae, racun juga menginduksi kelumpuhan dalam tahap perkembangan yang berbeda dari tuan rumah, meskipun racun lebih efektif terhadap tahap kepompong, yang merupakan tahap inang yang lebih disukai dari parasitoid di alam (32). Faktor paralitik seperti melittin, apamin, dan noradrenalin juga telah diisolasi dari racun (103).

Sebuah peptida 4.2-kDa (cvp3; 38 residu) dari P. hypochondriaca racun menunjukkan kesamaan dengan ω-atracotoxins dengan penjajaran yang tepat dari enam residu sistein yang terlibat dalam ikatan disulfida intramolekul pada neurotoksin laba-laba (73). Namun, dua residu sistein tambahan yang penting dalam toksisitas atracotoxins laba-laba diganti dengan residu treonine dan glutamat di cvp3. Selain itu, peptida 10,3-kDa (cvp5) dilaporkan dari P. hypochondriaca dengan kesamaan dengan ω-conotoxins dari siput kerucut (Conus geographus) (73). The ω-conotoxins adalah peptida 24- sampai 30-asam amino dengan tiga ikatan disulfida yang memblokir saluran kalsium tanpa mengganggu potensi aksi seluler (56). Baik cvp3 dan cvp5 adalah peptida yang cukup dasar dengan nilai-nilai pI 8,33 dan 12,14, masing-masing (73). Mempertimbangkan bahwa pimplin telah dilaporkan sebagai faktor paralitik utama dari parasitoid ini, tidak mungkin cvp3 dan cvp5 memiliki neurotoksisitas; Namun, ini perlu diselidiki. Demikian pula, peptida Vn4.6 dari racun C. rubecula menunjukkan kesamaan struktural yang signifikan terhadap ω-atracotoxins dari laba-laba funnelweb Australia (Hadronyche versuta) (4). Namun, tidak ada efek paralitik dari peptida ini pada inang, P. rapae, telah ditetapkan. Peptida seperti cvp3, cvp5, dan Vn4.6 dapat mengingatkan pada nenek moyang neurotoksin yang ada pada nenek moyang ekto- / endoparasitoid dengan fungsi yang dimodifikasi.

RACUN SEBAGAI REGULATOR IMUNITAS INANG

Respon imun utama terhadap telur endoparasitoid adalah respon enkapsulasi yang dilakukan oleh immunocytes (Gambar 1). Pembentukan kapsul disertai sebagian besar oleh pembentukan melanin / melanisasi selama molekul perantara sitotoksik juga diproduksi (67). Oleh karena itu, penting untuk endoparasitoid menghambat enkapsulasi dan respons melanisasi. Endoparasitoid telah berevolusi dengan banyak mekanisme untuk menghindari / menekan respon imun inang dengan cara pasif dan aktif (104). Racun, virus, atau partikel mirip virus (VLPs) yang masukkan oleh tawon betina pada oviposisi berinteraksi dengan unsur-unsur dalam inang, yang menyebabkan inaktivasi tanggapan inang. Namun, kombinasi mekanisme pasif dan aktif dapat dimanfaatkan oleh individu parasitoid .

Dalam sistem inang-parasitoid yang terkait dengan polydnaviruses (PDVs) dan VLPs, bisa menyinergikan efeknya atau mungkin memiliki fungsi yang tumpang tindih. Mempertimbangkan waktu yang diperlukan untuk gen PDV diekspresikan dan mempengaruhi sistem kekebalan, racun biasanya memberikan perlindungan jangka pendek langsung untuk telur parasitoid. Sebaliknya, dalam sistem-sistem di mana tawon tidak memiliki PDV atau VLPs, racun adalah komponen utama yang mengatur fisiologi dan perkembangan inang dan sering memiliki fungsi yang lebih luas daripada racun tawon terkait PDV- / VLP.

Efek pada Imunitas Seluler

Gambar 1
Enkapsulasi dan melanisasi telur endoparasitoid. Setelah mengenali permukaan telur endoparasitoid sebagai zat asing oleh pengenalan molekul (RMs), kaskade/aliran proteolitik diaktifkan dan respon enkapsulasi hemosit dimulai, mengarah pada pembentukan lapisan multiseluler di sekitar permukaan telur. Pembentukan kapsul biasanya disertai dengan pembentukan melanin, meskipun melanisasi tampaknya tidak diperlukan untuk respons enkapsulasi. Pembentukan melanin adalah hasil akhir dari aliran proteolitik kompleks di mana protein hemolimfa inaktivasi (proHP) diaktifkan, yang mengarah ke aktivasi prophenoloxidase (PPO) -activating proteinase (PAP), yang pada gilirannya mengaktifkan fenoloksidase (PO), enzim utama yang terlibat dalam pembentukan melanin (lihat teks untuk lebih jelasnya). SPHs, homolog serine protease.


Racun yang disuntikkan ke inang di oviposisi memiliki efek variabel pada hemosit inang tergantung pada sistem parasitoid inang. Ini termasuk pengurangan total (THC) dan jumlah hemosit diferensial (DHC), induksi lisis sel atau apoptosis, pemecahan sitoskeleton sel, dan perubahan perilaku hemosit seperti penyebaran, keterikatan, dan agregasi. Komponen-komponen racun dari Leptopilina spp., yang tidak memiliki PDV, mengganggu enkapsulasi pada spesies Drosophila dengan menginduksi lisis sel dalam lamellocytes atau dengan mengubah morfologi mereka dari diskoid menjadi bipolar (49, 89). Beberapa efek ini telah dikaitkan dengan VLP yang diproduksi di kelenjar racun mereka (lihat di bawah). Dua strain Leptopilina boulardi, ISy dan ISm, telah diidentifikasi sebagai strain avirulent dan virulent (menekan enkapsulasi), masing-masing, terhadap D. melanogaster. Namun, virulensi mereka adalah kebalikan dari inang lain, D. yakuba (29). Dengan kata lain, ISy berhasil menghindari enkapsulasi di D. yakuba, sedangkan telur ISM sangat dikemas dalam inang. Serupa untuk parasitisasi alami, injeksi racun dari strain L. boulardi ISy mengurangi enkapsulasi tetesan minyak yang disuntikkan ke larva D. yakuba, sedangkan racun dari strain ISm tidak berpengaruh pada tingkat enkapsulasi (28). Efek imunosupresi 24 jam setelah parasitisasi atau injeksi racun diduga disebabkan oleh efek diferensial parasitisme oleh dua strain pada THC dan DHC daripada modifikasi lamellocyte. Percobaan mengungkapkan bahwa THC dan jumlah lamellocytes dan plasmatocytes secara signifikan lebih rendah pada larva D. yakuba yang diparasitasi oleh strain ISy daripada di larva diparasitasi oleh strain ISM, tetapi persentase lamellocytes abnormal tidak berbeda antara dua strain (28). Efek imunosupresif, bagaimanapun, adalah sementara, yang menurun 48 jam pasca parasitasi atau postinjection racun. Meskipun strain ISm tidak mengubah morfologi lamellocytes di D. yakuba, itu menginduksi perubahan dalam kebiasaannya, D. melanogaster, lebih lanjut mengkonfirmasi efek spesifik spesies dari komponen racun pada hemosit inang (29).

Faktor imunosupresif utama dalam racun L. boulardi ditentukan untuk menjadi protein 30-kDa (P4) dengan domain Ras homolog ke domain GTPase-activating protein (Rho-GAP), yang tidak ada dari strain avirulent (51). Protein dengan domain Rho-GAP biasanya berfungsi sebagai inhibitor Rho GTPase yang terlibat dalam berbagai jalur seluler, termasuk pengaturan aktin sitoskeleton, transportasi vesikuler, dan proliferasi (12). Mirip dengan parasitisasi alami, injeksi racun total dari strain virulen secara signifikan menurunkan jumlah total lamellocyte dan meningkatkan proporsi lamellocytes dari bentuk modifikasi yang tidak dapat melakukan enkapsulasi (50). Injeksi protein P4 yang dimurnikan juga meniru efek pada morfologi lamellocyte tetapi tidak pada angka, menunjukkan bahwa komponen racun lainnya mungkin diperlukan untuk mempengaruhi angka. Perubahan dalam properti adhesi lamellocytes yang disebabkan oleh P4 dapat dikaitkan dengan aktivitas domain Rho-GAP, yang mengarah ke penataan ulang / destabilisasi dari filamen aktin sitoskeleton.

Pada P. hypochondriaca, injeksi racun ke dalam pupa ngengat tomat, L. oleracea, menyebabkan kegagalan hemosit untuk membentuk kapsul di sekitar Sephadex beads yang diinjeksi (84). Selain itu, racun mengurangi THC hingga lebih dari 50%, dibandingkan dengan kontrol yang disuntik dengan buffer saline, dengan menginduksi kematian sel. Selain lisis sel, racun P. hypochondriaca mempengaruhi penyebaran plasmatosit dengan mendestabilisasi actin cytoskeleton (81). Selanjutnya, protein racun 33-kDa (VPr3) diisolasi dan dicirikan dari racun tawon dan terbukti menghambat agregasi hemosit dan respon enkapsulasi (23, 82). Protein racun tidak menunjukkan kesamaan urutan yang signifikan dengan protein dengan fungsi yang diketahui. Selain penghambatan respon enkapsulasi, racun P. hypochondriaca mengurangi fagositosis bakteri in vitro, yang bisa juga terkait dengan pemecahan sitoskeleton sel (84). Sebagai akibatnya, pupa inang yang diperlakukan dengan racun menjadi lebih rentan terhadap infeksi mikroba oleh Bacillus cereus atau Beauveria bassiana (24).

Parasitisasi pupa P. rapae oleh tawon non-PDV, Pteromalus puparum, menyebabkan penurunan signifikan THC hingga lima hari pasca parasitasi, dengan jumlah plasmatosit menurun secara signifikan (14). Injeksi racun saja secara signifikan mengurangi persentase penyebaran plasmatosit dan Sephadex beads yang dienkapsulasi secara in vitro. Meskipun hemosit yang diperlakukan dengan racun gagal menyebar atau menghasilkan pseudopoda yang diperpanjang, pemeriksaan aktin sitoskeleton tidak menunjukkan perubahan apa pun, menunjukkan bahwa perubahan dalam perilaku hemosit yang disebabkan oleh P. puparum bisa jadi tidak terkait dengan destabilisasi sitoskeleton aktin. Kemudian, protein racun 24,1-kDa (Vn.11) dicirikan bahwa meniru efek yang sama dari racun total (108).

Pada banyak sistem inang-parasitoid di mana tawon menghasilkan PDV / VLP, racun saja tidak cukup untuk melindungi parasit dari respon imun inang. Dengan sedikit pengecualian, dalam kebanyakan studi, efek gabungan dari cairan calyk (mengandung partikel) dan racun telah diselidiki dan dilaporkan. Akibatnya, efek yang tepat dari racun saja tidak diketahui di sebagian besar sistem. Di Cotesia kariyai dan C. glomeratus (Braconidae) racun sangat penting untuk telur untuk menghindari respons enkapsulasi, karena penghilangan racun dapat menyebabkan enkapsulasi telur parasitoid di Pseudaletia separata dan Pieris rapae, masing-masing (45, 98). Namun, cairan calyx harus bersama racun untuk menghindari respon imun inang. Di P. separata, THC secara signifikan turun segera (dalam 1 jam) setelah parasitisasi oleh C. kariyai (99). Penurunan ini sebagai respons terhadap racun, karena PDV saja tidak menimbulkan efek yang sama. Namun, PDV mempertahankan THC rendah 6 h pasca parasitasi bersama dengan racun dengan menginduksi apoptosis pada hemosit dan organ hematopoietik. Demikian pula, cairan calyk dan racun sangat penting untuk melindungi telur C. glomeratus dari respon enkapsulasi inang, karena tidak sendirian menghambat respon (45). Selanjutnya, di Chelonus dekat curvimaculatus (telur parasitoid), efek pada penekanan kekebalan inang dan gangguan perkembangan membutuhkan baik racun dan cairan calyk (54). Sebaliknya, penghilangan kelenjar racun dari Campoletis sonorensis (Ichneumonidae) tidak mempengaruhi keberhasilan parasitisasi, menunjukkan bahwa racun tidak penting untuk parasitisme atau fungsi ichnovirus dalam sistem ini (106).

Calreticulin telah terlibat dalam respon seluler serangga seperti fagositosis dan enkapsulasi benda asing dengan memainkan peran dalam pengenalan zat asing (3, 17). Protein ditemukan di permukaan hemosit dan diperkaya dalam kapsul tahap awal. Calreticulin adalah kalsium (Ca2 +) - protein pengikat dengan sifat multifungsi (60). Protein memiliki sifat Ca2 + - dan lektin pengikatan dengan fungsi pendamping (66). Namun, peran calreticulin dalam banyak interaksi inang-parasitoid (misalnya, 35, 66), penyebaran sel, dan adhesi (35, 109) telah didokumentasikan, dan semakin banyak bukti menunjukkan bahwa protein dapat memediasi berbagai fungsi seluler. Sebuah calreticulin dari kelenjar getah bening C. Rubecula menghambat penyebaran hemosit inang dan akibatnya mencegah pembentukan kapsul (113). Namun, mekanisme dimana racun calreticulin mencegah enkapsulasi tidak jelas. Pengobatan P. hypochondriaca racun dengan antibodi anticalreticulin mencegah kematian sel di hemosit inang (86). Kematian sel biasanya diinduksi dalam waktu 15 menit setelah aplikasi racun untuk sel Trichoplusia ni (BTI-TN-5B1-4) dengan peningkatan kalsium intraseluler. Meskipun kehadiran calreticulin pada P. hypochondriaca dapat dibuktikan belum dikonfirmasi, hasilnya menunjukkan bahwa protein seperti calreticulin dapat mempengaruhi homeostasis kalsium seluler di dalam sel. Calreticulin juga telah dilaporkan dari Microctonus aethiopoides dan M. hyperodae racun tetapi peran fungsionalnya dalam interaksi racun atau inang-parasitoid belum dieksplorasi (21).

Efek pada Respons Humoral

Respon humoral utama pada serangga termasuk produksi peptida antimikroba, penyembuhan luka, koagulasi, dan melanisasi (38). Respons humoral yang paling relevan interaksi inang-parasitoid adalah melanisasi. Hampir selalu, segera setelah inisiasi respons enkapsulasi bahan coklat-hitam (eumelanin) disimpan ke permukaan asing (Gambar 1). Melanisasi melibatkan aktivasi serangkaian reaksi enzimatik kompleks yang mengarah pada aktivasi zymogen (PPO) ke PO aktif oleh PPO-activating proteinase (PAPs). Untuk jalur biokimia terperinci, pembaca dirujuk ke ulasan lain (15, 18, 68).

Terlepas dari terjadinya melanisasi dan enkapsulasi, tidak jelas apakah melanisasi sangat penting untuk enkapsulasi dan kematian dari sel telur yang sedang berkembang. Setidaknya dalam satu laporan, itu menunjukkan bahwa melanisasi tidak diperlukan untuk enkapsulasi telur parasitoid L. boulardi oleh D. melanogaster larvae (88), tetapi efek pada keberhasilan parasitisme belum ditentukan. Namun demikian, fakta bahwa sebagian besar parasitoid menghambat respon melanisasi di hemolymph inang menunjukkan bahwa penghambatan ini menguntungkan secara evolusioner untuk tawon. Faktor penghambat mungkin menjadi protein cairan calyk (misalnya 8), protein yang diekspresikan PDV (9, 57), atau bisa ular. Dalam kebanyakan sistem  inang-parasitoid yang telah dieksplorasi, komponen penghambat tampaknya menghambat aktivasi PPO baik dengan menghambat reaksi hulu yang mengarah pada aktivasi zymogen atau secara langsung mempengaruhi aktivasi PPO.

Glikoprotein 50-kDa (Vn50) dari C. rubecula racun menghambat melanisasi (5). Ironisnya, protein memiliki kesamaan yang signifikan dengan homologs hemolymph serine protease (SPHs) yang memfasilitasi aktivasi PPO oleh PAP setelah pembelahan menjadi klip dan domain mirip-protease (40). Bertentangan dengan SPHs hemolymph, Vn50 tidak membelah menjadi dua domain di hemolymph dan tetap stabil selama 3 hari pasca parasitasi (111). Tes yang mengikat secara in vitro mengungkapkan bahwa baik PPO dan PAP mengikat Vn50. Selain itu, dalam tes enzim menggunakan PPO yang dimurnikan, PAP-1, dan SPH dari Manduca sexta, Vn50 menekan aktivasi PPO ke PO aktif dengan cara yang bergantung pada konsentrasi (111). Ini menunjukkan bahwa Vn50 dapat bersaing dengan SPHs inang untuk mengikat PPO dan PAP. Oleh karena itu, model yang masuk akal untuk penghambatan melanisasi oleh Vn50 adalah karena Vn50 tidak terpecah menjadi dua domain, dan berikatan dengan PPO dan PAP, itu mungkin tidak memberikan posisi spasial yang diperlukan atau perubahan konformasi dalam PPO untuk pembelahan oleh PAP. Transformasi lalat D. melanogaster mengungkapkan bahwa Vn50 memiliki aktivitas melanisasi yang lebih rendah secara signifikan dan lebih rentan terhadap infeksi jamur (100). Selain Vn50, peptida 4.6-kDa (Vn4.6) dari C. rubecula racun menghambat melanisasi dengan mekanisme yang tidak diketahui (4).

Jumlah racun dari strain virulen L. boulardi (ISy) juga menghambat aktivasi PPO di hemolymph D. yakuba (19). Analisis rinci menunjukkan bahwa racun mengganggu langkah-langkah upstream (hulu), yang mengarah ke aktivasi PPO daripada mempengaruhi aktivitas PO itu sendiri. Demikian pula, ekstrak racun dari L. boulardi menghambat melanisasi di D. melanogaster hemolymph dengan menekan oksidasi dua prekursor diphenol eumelanin, dopamine dan 5,6-dihydroxyindole (46). Sebuah serpin (LbSPNy; lihat Protease Inhibitors, di atas), yang diekspresikan secara khusus dalam kelenjar racun, diidentifikasi untuk secara signifikan menghambat aktivasi D. yakuba PPO. Reaksi yang mendasari (s) aktivasi hulu PPO yang dipengaruhi oleh serpin ini belum diidentifikasi.

COEVOLUTION VIRUS MUTUALISTIK DAN PARTIKEL VIRUS-LIKE (SEPERTI VIRUS) DAN PROTEIN RACUN

Berbagai jenis virus dan VLP terkait dengan ovarium dan kelenjar racun dari tawon endoparasitoid yang disuntikkan ke inang pada saat oviposisi. Kelompok utama dari entitas mirip virus ini adalah PDV. Protein nabati dan produk protein gen PDV yang diekspresikan dalam inang memiliki kesamaan mendasar: Mereka semua tampaknya berasal dari protein tubuh normal yang biasanya terlibat dalam proses regulasi. Ini juga dapat diperluas ke protein yang membentuk VLP yang tidak memiliki asam nukleat. Gen-gen yang direkrut, digandakan dari genom, diekspresikan dalam kelenjar racun atau, dalam kasus PDV, diperkuat dalam sel-sel calyk untuk pengemasan sebagai DNA yang dienkapsulasi. Agaknya, selama evolusi, jumlah gen meningkat karena peristiwa duplikasi / diversifikasi, yang mengarah ke keluarga multigene dengan fungsi baru. Baik produk racun dan protein PDV yang diekspresikan dalam inang tersebut terlibat dalam regulasi inang, seringkali dengan fungsi yang tumpang tindih. Persamaan antigenik dan hibridisasi gen racun dan PDV yang diekspresikan dalam inang juga telah dilaporkan (107), yang mengemukakan bahwa mereka mungkin memiliki asal nenek moyang yang sama.

Dalam banyak sistem inang-parasitoid, protein racun diperlukan untuk fungsi PDV atau efek sinergis. Ini berkisar dari "complete independence" dari beberapa PDVs ichneumonid (ichnoviruses) hingga "variable dependency" PDVs braconid (bracovirus) pada racun. Dalam kebanyakan skenario, mekanisme sinergisme yang tepat tidak diketahui; Namun, tampaknya racun yang memfasilitasi masuknya dan stabilitas partikel PDV di inang. Racun dari Cotesia melanoscela mendorong pelepasan virion ke dalam sitoplasma setelah penyerapan ke sel inang dengan memfasilitasi uncoating PDVs di pori-pori nuclear di hemosit inang (94). Di C. rubecula, racun tidak diperlukan untuk masuknya virus ke sel inang tetapi sangat penting untuk ekspresi gen PDV (112). Sebuah racun peptida kecil yang terdiri dari 14 asam amino (1,6 kDa; Vn1.5) ditemukan untuk memediasi ekspresi gen PDV. Sangat mungkin bahwa peptida dapat memfasilitasi uncoating partikel yang mirip dengan partikel C. melanoscela.

VLP tanpa asam nukleat yang diproduksi di kelenjar racun telah dilaporkan dari tawon parasitoid. Ovarium Meteorus pulkrikornis (Braconidae) tidak memiliki daerah calyk dan PDV tetapi menghasilkan VLPs (MpVLPs) di filamen kelenjar racun (97). Partikel menginduksi apoptosis pada hemosit Pseudaletia separata baik in vivo dan in vitro (96, 97). Sementara MPVLPs tampaknya terlibat dalam induksi apoptosis, partikel juga mempengaruhi penyebaran perilaku hemosit (95). Efeknya, yang meliputi hilangnya adhesi fokal dan retraksi filopodia, diamati seawal mungkin 30 menit setelah paparan hemosit ke MpVLPs. Oleh karena itu, partikel-partikel tampaknya menyediakan segera (beberapa menit pertama) serta perlindungan awal (beberapa jam pertama) untuk perkembangan parasitoid telur dengan mempengaruhi adhesi dan penyebaran sifat hemosit serta dengan menginduksi apoptosis dalam sel.

Leptopilina spp. adalah parasitoid spesialis Drosophila spp. yang menghasilkan VLPs dalam racun kelenjar mereka (= panjang). Ada dua strain L. boulardi berdasarkan kemampuan mereka untuk menghindari sistem kekebalan inang. Strain virulen selalu mampu menekan respon enkapsulasi inang, sedangkan telur dari strain avirulen sering dienkapsulasi oleh hemosit inang (49). Kedua strain menghasilkan VLP dalam kelenjar racun mereka; Namun, partikel secara morfologis berbeda (30, 49). Meski demikian, tidak ada bukti eksperimental langsung untuk menunjukkan bahwa VLP terlibat dalam imunosupresi. Di sisi lain, VLPs L. heterotoma  mengikat dan memasuki lamellosit inang dan selektif menghancurkan sel melalui mekanisme non apoptosis, sehingga mencegah respon enkapsulasi (89). Partikel-partikel tampaknya tidak mempengaruhi plasmatosit. VLPs dari L. victoriae secara morfologis menyerupai VLPs L. heterotoma  dan juga berbagi kesamaan antigenik dengan partikel (61). Cairan racun yang mengandung LvVLPs memiliki sifat imunosupresif dan menyebabkan lisis lamellocytes.

Satu-satunya virus konvensional yang telah diidentifikasi dan ditunjukkan dalam kaitannya dengan kelenjar racun dari tawon endoparasitoid adalah entomopoxvirus (EPV). Virus ini ditemukan bereplikasi dalam racun apache dari Diachasmimorpha longicaudata (Braconidae) parasitisasi larva dari flavon buah Karibia, Anastrepha suspensa (Tephritidae) (52) .Dl EPV membelah baik di tawon dan di inang terinfeksi hemosit (53). Hemosit yang terinfeksi menunjukkan gejala apoptosis yang khas termasuk blebbing dan DNA concatenation (53). Sebagai akibatnya, mereka kehilangan sifat adhesifnya dan gagal melakukan respons enkapsulasi. Efek patologis ini tampaknya tidak terjadi dalam tawon yang membawa, dan karena itu Dl EPV dianggap sebagai virus mutualistik yang memfasilitasi kelangsungan hidup parasit di inang.

RACUN SEBAGAI MODULATOR DARI LINGKUNGAN NUTRISI INANG

Banyak laporan telah mendokumentasikan perubahan dalam profil hemolymph lipid, protein, dan karbohidrat dari serangga inang yang telah diubah oleh PDVs, VLPs, teratosit, dan racun (ditinjau dalam Referensi 65 dan 101). Dalam hampir semua kasus yang melibatkan tawon endoparasit, efek racun saja sudah sulit untuk dipastikan karena beberapa agen disuntikkan secara bersamaan ke inang. Terlepas dari keterbatasan ini, racun endoparasitoid memiliki banyak protein yang memengaruhi, baik secara langsung maupun tidak langsung, ketersediaan nutrisi yang tersedia untuk memberi makan larva.

Tabuhan braconid A. ervi menyuntikkan racun ke dalam aphid Acyrthosiphon pisum, menghasilkan pengebirian inang (39). Inang hasil pengebirian dari protein dalam racun, γ-glutamyl transpeptidase (γ-GT), yang menstimulasi jalur apoptosis di sel-sel kanker germaria dan ovariole (34). Degenerasi jaringan reproduksi inang diyakini dapat meringankan parasitoid berkembang yang bersaing dengan jaringan inang untuk nutrisi yang tersedia. Faktor-faktor yang dilepaskan dari teratosit memfasilitasi pencernaan jaringan reproduksi inang dan mengangkut asam lemak yang dibebaskan ke larva tawon (33). Agaknya, pengebirian testis larva di Plutella xylostella oleh Cotesia vestalis (Braconidae) dan Diadegma semiclausum (Ichneumonidae) juga menurunkan persaingan untuk nutrisi inang (7). Namun hal itu belum ditentukan apakah racun dari tawon mampu dengan baik membangkitkan degenerasi testis dengan tidak adanya PDV, tetapi racun tampaknya diperlukan (7).

Racun dari P. hypochondriaca mengandung enam hidrolase: asam fosfatase, esterase lipase, β-glukosidase, esterase, lipase, dan β-galactosidase (22). Masing-masing fungsi dalam racun belum ditentukan dari enzim-enzim ini; Namun, asam fosfatase telah diprediksi terkait dengan pembebasan karbohidrat ke dalam hemolymph inang untuk konsumsi oleh larva tawon (22), fungsi juga diprediksi untuk racun trehalases (tre-1) yang hadir di tawon ini.

Beberapa endoparasitoid menargetkan tubuh lemak inang untuk memperoleh nutrisi untuk memberi makan larva. Tindakan produk gen PDV sendiri atau secara sinergis dengan racun telah dilaporkan untuk merangsang sintesis nutrisi dan melepaskan dari lemak tubuh inang (48, 65). Racun lipase atau hidrolase lainnya dapat berfungsi untuk mencerna sel-sel lemak tubuh, memungkinkan nutrisi mengalir ke dalam hemolymph dengan cara yang mirip dengan pelepasan protein dan lipid teratosit yang diinduksi yang diamati pada Meteorus pulchricornis (Braconidae) dan Cotesia kariyai (65, 97). M. pulchricornis bergantung pada protein racun untuk menghancurkan aktin dan serat tubulin di perancah cytoskeletal dari sel lemak tubuh inang, yang menghasilkan keruntuhan ke dalam sitoskeleton (apoptosis) dan dengan demikian membahayakan integritas membran plasma (65). Uc ¸kan dkk. (103) mengidentifikasi fosfolipase B dalam racun dari Pimpla turionellae, yang mungkin berfungsi untuk melisiskan sel-sel lemak tubuh seperti yang telah dilaporkan dengan enzim saliva larva dari beberapa ektoparasitoid (35).

RACUN DAN PENGUBAHAN PERKEMBANGAN INANG

Penundaan atau penahanan dalam perkembangan inang umumnya terkait dengan parasitisme oleh endoparasitoids (59, 77, 79). Di hampir semua asosiasi inang-parasitoid yang diteliti, penahanan inang muncul sebagai hasil dari ketidakseimbangan hormon (yaitu, ecdysteroids dan hormon juvenil), melalui gangguan atau kerusakan jaringan endokrin inang atau mungkin dengan menghambat kemampuan jaringan target pada serangga inang, untuk menanggapi sinyal hormonal. Dalam beberapa tahun terakhir, penekanan penelitian ditempatkan pada memeriksa perubahan perkembangan inang telah bergeser lebih ke arah analisis kuantitatif dan kualitatif ekspresi gen virus dalam jaringan inang (10, 16) dan mekanisme virus pada imunosupresi (31). Akibatnya, informasi yang disajikan dalam bagian ini tidak memiliki rincian mekanistik tentang bagaimana racun endoparasitoid memicu keterlambatan perkembangan atau penahanan pada inang yang rentan. Pada tingkat sel, hampir tidak ada yang diketahui tentang mekanisme penahanan inang dan ini mewakili area biologi inang-parasitoid yang membutuhkan penyelidikan baru. Apa yang terjadi kemudian, adalah sebagian spekulasi dan sebagian melaporkan pengamatan tentang bagaimana racun protein dari manipulasi endoparasitoid, kondisi innag untuk menghasilkan penahanan pada perkembangan inang.

Pruijssers dkk. (79) mengamati bahwa larva Pseudoplusia includens tetap dalam keadaan hiperglikemia jika disuntik dengan bracovirus dari Microplitis demolitor sebelum mencapai berat larva kritis. Hiperglikemia inang dikaitkan dengan penurunan simpanan nutrisi dan berhubungan dengan kelenjar prothoracic yang tersisa dalam keadaan refrakter pada pelepasan ecdysteroid. Akibatnya, metamorfosis inang terhambat dan larva yang terparasit tetap dalam status perkembangan yang ditahan sampai matinya inang (79). Meskipun tidak ada bukti langsung bahwa setiap racun endoparasitoid memicu penahanan inang dengan mekanisme yang sama, banyak endo dan ektoparasitoid telah terbukti menyebabkan perubahan metabolisme inang, dan dalam banyak contoh, endoparasitoid telah menimbulkan hiper atau hipoglikemia (ditinjau dalam Referensi 101 dan 105). Respon inang seperti itu mungkin dapat menjelaskan pengurangan aktivitas kelenjar prothoracic yang dihasilkan dari serangan Toxoneuron nigriceps dari larva Heliothis virescens (76), yang mungkin mengarah ke penahanan perkembangan inang.

Metaloproteinase mirip Reprolysin juga merupakan kandidat untuk berkontribusi pada penahanan inang karena enzim ini terlibat dalam peristiwa regulasi perkembangan kunci dalam D. melanogaster, termasuk stimulasi jalur transduksi sinyal "Notch" selama pembentukan pola disc embrio dan imaginal (93). Reprolysin telah dilaporkan dari P. hypochondriaca (69).

SIKOTOKSISITAS PROTEIN RACUN

Kematian sel adalah ciri umum dari interaksi inang-parasitoid, hal ini sering dikaitkan dengan immunosupresi pada inang dan juga kematian akhir jaringan tertentu. Tergantung pada sekresi induk betina yang disuntikkan ke inang, dan mungkin pada dosis pokok dan tahap perkembangan, kematian sel dapat menjadi hasil dari stimulasi jalur apoptosis dan / atau onkotik (Gambar 2). Apoptosis umumnya dimulai dengan jalur intrinsik yang melibatkan pelepasan mitokondria dari aktivator caspase atau pensinyalan ekstrinsik yang berasal dari reseptor permukaan sel (yaitu, Fas) dan menggunakan pembawa pesan kedua seperti Ca2 +, IP3, atau cAMP untuk mengaktifkan caspases (Gambar 2). Kedua jalur ini berujung dengan peristiwa ireversibel pembongkaran sel yang didorong oleh caspase 3. Sebaliknya, oncosis berasal dari perubahan integritas membran plasma, menghasilkan pergerakan bersih ion dan air ke dalam sel, dan akhirnya menghasilkan kematian seluler yang terkait dengan homeostasis intraseluler yang terganggu (Gambar 2).

Berbeda dengan tawon ektoparasit, di mana jelas bahwa racun biasanya bertanggung jawab atas induksi kematian inang (80), peran racun endoparasitoid dalam menimbulkan inang atau kematian spesifik jaringan jauh kurang pasti. P. hypochondriaca dan P. turionellae menghasilkan racun yang memicu kelumpuhan inang dan tampaknya beroperasi dengan mekanisme sitotoksik dan / atau sitolitik yang bergantung pada kerentanan sel target (32, 44, 75). Parkinson dkk. (69) mengidentifikasi protein heterodimerik, pimplin, dalam racun dari P. hypochondriaca yang memunculkan kelumpuhan ketika disuntikkan ke hemocoel M. domestica dewasa. Protein 13-kDa yang diisolasi dari racun tawon ini menunjukkan sitotoksisitas terhadap sel Spodoptera frugiperda (Sf21) (75) dan dapat menyebabkan pembengkakan dan lisis yang ditimbulkan pada sel kultur yang berasal dari T. ni (BTI-TN-5B1-4) saat diinkubasi dengan racun (86). Aksi sitotoksik P. hypochondriaca bisa juga meluas ke hemosit yang dikumpulkan dari L. oleracea (84). Sebelum kematian sel, sel Sf21 dan hemosit menunjukkan degranulasi dan vakuolisasi sitoplasma yang luas (75, 84). Racun tidak menyebabkan hilangnya integritas selaput plasma plasmatosit atau sel granul (granulosit) plasma, juga kehancuran hemosit sitoskeleton (lebih tepatnya mereka runtuh di sekitar nukleus) (81). Yang terakhir juga telah diamati dengan racun dari Pteromalus puparum ketika inang plasmatocytes dan sel granular diwarnai dengan phallodin setelah paparan in vitro terhadap racun tawon (110). Perubahan-perubahan sel adalah fitur umum untuk mekanisme apoptosis kematian sel, meskipun induksi apoptosis di hemosit inang oleh P. hypochondriaca dapat menyebabkan ketergantungan dosis (23, 81).

Analisis dari pustaka cDNA yang disusun dari kelenjar racun yang diekstraksi dari P. hypochondriaca menunjukkan bahwa racun mengandung laccase dan juga tiga putative PPOs (dibahas di atas dan lihat Referensi 70 dan 72). Protein dengan aktivitas PO, yang termasuk laccases, memiliki potensi untuk mengganggu membrane plasma sel yang rentan, berpotensi menimbulkan blebbing membran, pembulatan, dan pembengkakan (1). Sel-sel yang terluka oleh racun dari P. hypochondriaca menunjukkan peningkatan kualitatif dalam [Ca2 +]i dalam 15 menit setelah terpapar racun, dan potensi membran mitokondria (m) turun ke tingkat yang tidak terdeteksi dalam 5 menit setelah perlakuan (86). Perubahan sel seperti itu telah diamati dengan sel T. ni (86), tetapi tidak pada hemosit inang (81), yang terkena racun. Pengobatan racun tawon dengan inhibitor PO yang kuat tidak mengurangi efek dari racun pada sel BTI-TN-5B1-4 (86). Sebaliknya, preinkubasi racun dengan antibodi yang dihasilkan terhadap calreticulin mengurangi sitotoksisitas racun tawon, sebagaimana dibuktikan oleh pembengkakan seluler yang berkurang dan tidak ada peningkatan kalsium intraseluler (86). Peran calreticulin dalam memunculkan kematian sel apoptosis dan onkotik juga telah disarankan untuk racun dari N. vitripennis (85).

Gambar 2
Mode potensial aksi protein racun endoparasitoid dalam memunculkan kematian di sel inang. Keterlibatan jalur apoptosis dan onkotik (nekrotik) bersifat spekulatif berdasarkan pengamatan biokimia dan morfologi yang dijelaskan dalam teks. Aktivasi biokimia apoptosis umumnya melibatkan dua jalur: jalur intrinsik, yang bergantung pada pelepasan sitokrom c (Cyto C) dari mitokondria, yang pada gilirannya mengarah ke aliran kejadian setelah aktivasi caspase 9, dan jalur ekstrinsik ( s), yang dimulai dengan stimulasi reseptor permukaan sel seperti Fas dan mengarah pada aktivasi satu atau lebih anggota keluarga protease kaya cysteine ​​yang disebut caspases. Jalur ketiga yang berasal dari ER juga dapat menyebabkan aktivasi beberapa caspases. Jauh lebih sedikit yang diketahui tentang jalur yang terkait dengan kematian nekrotik / onkotik. Secara umum, mengikuti pembentukan pori / luka atau pembukaan saluran ion, ion dan makromolekul bergerak ke dalam sel yang pada dasarnya tidak diatur, diikuti oleh air, dan hasilnya adalah hilangnya homeostasis dari lingkungan intraseluler, yang dapat mengaktifkan atau menekan beberapa jalur. Singkatan: Apaf-1, faktor pengaktif protease apoptosis 1; Cyto C, sitokrom c; ER, retikulum endoplasma; IAP, penghambat apoptosis; IP3, inositol trisphosphate; PLC, fosfolipase C; Smac (kedua mitokondria yang diturunkan dari aktivator caspases) / Diablo, protein mitokondria yang mengikat IAP dan mengurangi IAP penghambatan caspases.


P. turionellae mensintesis racun yang tampaknya berbeda dalam komposisi dan fungsi dari P. hypochondriaca. Racun P. turionellae adalah campuran kompleks dari protein, polipeptida, katekolamin, dan enzim (103), dan menginduksi kelumpuhan total larva inang (32). Tak satu pun dari konstituen racun, bagaimanapun, telah terbukti secara khusus membangkitkan kelumpuhan inang atau kematian sel. Perubahan morfologi dalam struktur sel mirip dengan yang dipicu oleh P. hypochondriaca telah diamati pada sel kultur T. ni (BTI-TN-5B1-4) dan hemosit dari Galleria mellonella ketika diinkubasi dengan dosis sitotoksik racun P. turionellae (32, 44). Selain itu, peningkatan yang disebabkan oleh racun intraseluler (cytosolic) kalsium mendahului blebbing membran plasma dan vakuolisasi sitoplasma. Sumber dari peningkatan kalsium belum ditemukan. Uji in vitro menggunakan sel BTI-TN-5B1-4 yang diinkubasi dengan racun menunjukkan bahwa hilangnya integritas membran terjadi sebelum peningkatan [Ca2 +]i (44). Pengamatan ini akan menyatakan bahwa fluks kalsium ekstraseluler merupakan sinyal kunci yang menyebabkan kematian sel. Namun, meskipun berbagai penghalang saluran kalsium dan pelindung osmotik dapat memperlambat kematian sel-sel yang diobati racun, peningkatan kalsium intraseluler tidak dilemahkan (44). Mekanisme pasti yang menyebabkan kematian sel belum ditentukan, tetapi perubahan sel dan hasil dari tes fisiologis konsisten dengan dasar nekrotik / onkotik kematian tergantung pada pembentukan pori / luka atau pembukaan saluran ion yang ada (Gambar 2).

Beberapa spesies parasitoid memiliki hidrolase dalam racun (62). Dalam Hymenoptera social, kelas enzim ini dapat menjadi sitotoksik dan sitolitik, sering berfungsi dalam pencernaan sel dan jaringan untuk memfasilitasi distribusi atau penyebaran agen lain dalam racun (90). Anehnya sedikit informasi yang tersedia pada fungsionalitas enzim-enzim ini dalam racun endoparasitoid meskipun tingkat protein yang tampaknya tinggi dalam beberapa racun. Enam hidrolase berbeda telah terdeteksi dalam racun dari P. hypochondriaca, dengan asam fosfatase yang paling melimpah (22). Racun asam phosphatase, bagaimanapun, ditemukan tidak memiliki pengaruh pada efek sitotoksik racun pada hemosit dari L. oleracea (22). Hidrolase lain dalam racun ini belum diuji toksisitasnya, dan jenis sel selain hemosit juga perlu diperiksa.

γ-GT berfungsi di jalur (transpeptidation) yang melindungi sel dari stres oksidatif. Gangguan jalur ini dapat menyebabkan induksi apoptosis (Gambar 2). Racun dari braconid A. ervi mengandung γ-GT yang memicu apoptosis di sel inang germaria dan selubung ovariole, yang mengarah ke pengebirian inang aphid (34). Enzim ini dapat menjadi komponen dari endoparasitoid lainnya juga dan telah diidentifikasi oleh penambangan genom dan analisis proteomik dalam racun dari N. vitripennis (25), meskipun tidak ada tes fungsional yang telah dilakukan.

KESIMPULAN

Tawon parasitoid luar biasa untuk tingkat dan keragaman peptida / protein yang diproduksi di kelenjar racun mereka. Sebagian besar protein ini terlibat dalam modifikasi lingkungan fisiologis inang untuk memfasilitasi perkembangan progeni tawon, yang paling penting menanggulangi respon imun inang dan mengganggu / menghambat perkembangannya. Molekul-molekul ini mungkin terbukti bermanfaat dalam merancang strategi pengendalian hama ramah lingkungan. Selanjutnya, sifat-sifat farmasi dari komponen-komponen ini belum dieksplorasi. Saat ini, proteomik tingkat tinggi dan pendekatan molekuler tersedia untuk mengungkap kerumitan venomik dari tawon parasit. Upaya terbaru telah dimulai di berbagai laboratorium untuk melihat lebih jauh ke dalam racun dari berbagai endoparasitoid dengan strategi kehidupan yang berbeda, yang akan memperjelas evolusi molekul-molekul ini dan memberikan batu loncatan untuk menjelaskan peran fungsional dari molekul bioaktif ini.

IKHTISAR POIN

1. Berbeda dengan ektoparasitoid, mayoritas tawon endoparasit adalah koinobionts, yang memungkinkan inangnya berkembang setelah oviposisi / parasitisasi.

2. Komponen racun dari endoparasitoids beragam dan karenanya mungkin memiliki fungsi yang berbeda berdasarkan pada sistem inang-parasitoid. Fungsi-fungsi ini bisa menjadi kelumpuhan sementara, penekanan respon imun, modulasi lingkungan nutrisi, dan perubahan perkembangan pada inang.

3. Komponen protein dalam racun endoparasitoid terdiri dari enzim, protease inhibitor, dan faktor paralitik dan sitolitik.

4. Enzim yang ada dalam endoparasitoid, secara struktural mirip dengan enzim metabolik serangga, yang menunjukkan evolusi yang menyimpang dari enzim seluler.

5. Pada beberapa sistem inang-parasitoid, racun diperlukan atau meningkatkan efek virus simbiotik atau VLP yang dimasukkan oleh endoparasitoid ke dalam inang pada oviposisi.

0 Comments