β-defensins are small, cysteine-rich, cationic peptides that contribute to various processes related to both arms of host defense, the innate and adaptive immunities. All β-defensins are potent antimicrobials with activity targeting a broad range of pathogens. Some human β-defensins (hBDs) are also capable of binding and activating specific chemokine receptors, leading to chemotaxis of receptor-presenting cells. Two receptors identified as targets of specific human β-defensins are CCR2 and CCR6, both members of the seven-transmembrane family of chemokine receptors. Currently, around 50 open reading frames (ORFs) identified in the human genome encode proteins that have signatures characteristic of β-defensins. Of those, only three, hBD1-3, have been thoroughly characterized to date, including a detailed structural description of their molecules. In addition, limited information on biological and bactericidal properties is available for hBD4, as well as the solution structure of hBD6. The crystal structure of hBD4, determined here at resolution of 1.60 Å, indicates significant structural differences between this molecule and those reported previously for other hBDs. Crystallographic studies indicate a possibility of unique dimerization of hBD4, confirmed by solution studies using analytical ultracentrifugation. In contrast to hBD1-3, hBD4 does not induce CCR6-mediated chemotaxis. This observation can be attributed to an unusual conformation of the hBD4 N-terminus. In agreement with previously published reports, hBD4 was shown to be a potent antibacterial agent, as demonstrated by results of assays with E. coli ATCC 25922 cells.
β-Defenzyny to niewielkie kationowe białka, charakteryzujące się dużą zawartością cysteiny. Uczestniczą one w wielu procesach dotyczących odporności organizmu, zarówno wrodzonej jak i nabytej. Wszystkie β-defenzyny posiadają silne właściwości antybiotyczne w stosunku do szerokiej grupy drobnoustrojów. Część ludzkich β-defenzyn (hBDs) posiada również właściwości chemotaktyczne w odniesieniu do komórek produkujących specyficzne receptory chemokinaz. Dotychczas zidentyfikowano dwa receptory chemokinaz, CCR2 i CCR6, które są specyficznie aktywowane przez ludzkie β-defenzyny. W ludzkim genomie zidentyfikowano około 50 otwartych ramek odczytu posiadających motywy charakterystyczne dla β-defenzyn. Jednakże tylko trzy spośród tych defenzyn, hBD1-3, zostały szczegółowo scharakteryzowane, włącznie z dokładnym opisem ich struktur cząsteczkowych. Ponadto, skromne dane na temat biologicznych i antybakteryjnych właściwości dostępne są dla hBD4, oraz struktura cząsteczkowa w roztworze dla hBD6. Struktura krystaliczna hBD4, opisana w niniejszej pracy z rozdzielczością 1.60 Å, ukazuje istotne różnice pomiędzy topologią cząsteczki tej defenzyny a strukturami hBDs opublikowanymi wcześniej. Badania krystalograficzne sugerują możliwość tworzenia dimerów hBD4, które są również obserwowane w roztworze w trakcie pomiarów sedymentacji przy użyciu ultrawirówki analitycznej. W przeciwieństwie to hBD1-3, hBD4 nie posiada właściwości chemotaktycznych na komórkach wytwarzających CCR6. Molekularne podstawy tej różnicy mogą być związane bezpośrednio z nietypową konformacją N-końca cząsteczki hBD4. Testy antybakteryjne z użyciem komórek E. coli ATCC 25922 potwierdzają opublikowane wcześniej silne właściwości bakteriobójcze hBD4.
Keywords: Human defensins; X-ray; antimicrobial; chemotaxis; crystallography; oligomerization; structure.