สัตว์

มนุษย์

จีโนมของมนุษย์ที่สามารถถอดรหัสเพื่อสร้างเซอร์ปินได้นั้นมีทั้งหมด 16 เคลด กำหนดให้มีชื่อตั้งแต่ serpinA ถึง serpinP โดยทั้งหมดนี้สามารถถอดรหัสเพื่อสร้างเซอร์ปินชนิดยับยั้งและชนิดไม่ยับยั้งได้ 29 และ 7 ชนิด ตามลำดับ[6][46] ระบบการตั้งชื่อเซอร์พินของมนุษย์นั้นขึ้นอยู่กับการวิเคราะห์ทางวิวัฒนาการของเซอร์ปิน ซึ่งตั้งแต่ปี ค.ศ. 2001 เป็นต้นมา มีการค้นพบเซอร์ปินในมนุษย์แล้วประมาณ 500 ชนิด โดยการกำหนดชื่อจะใช้รหัส serpinXY โดยที่ X คือ เคลดของโปรตีนและ Y จำนวนของโปรตีนภายในเคลดนั้น[1][19][46] ซึ่งบทบาทหน้าที่ของเซอร์ปินแต่ละชนิดที่ค้นพบในมนุษย์ได้วิเคราะห์ได้จากการศึกษาทางชีวเคมี, ความผิดปกติทางพันธุกรรมของมนุษย์ และจากการศึกษาในหนูน็อกเอาต์ (knockout mouse)[46]

เซอร์ปินพิเศษของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

เซอร์ปินหลายชนิดที่พบในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมพบว่าไม่สามารถเทียบเคียงหาเซอร์ปีนที่มีหน้าที่และฤทธิ์ทางชีววิทยาที่ทัดเทียมกันได้ ตัวอย่างเช่นเซอร์ปินที่พบในสัตว์ฟันแทะหลายชนิด (โดยเฉพาะอย่างยิ่งเซอร์ปินชนิดออกฤทธิ์ภายในเซลล์ของสัตว์ในวงศ์ย่อยหนู) รวมไปถึงยูเทอรีนเซอร์ปินซึ่งจัดหนึ่งในสมาชิกของเคลด A (SERPINA) โดยเซอร์ปินชนิดนี้จะถูกถอดรหัสยีน SERPINA14 และถูกสร้างขึ้นโดยเซลล์เยื่อบุโพรงมดลูกของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอันดับสัตว์กีบคู่ภายใต้อิทธิพลของโพรเจสเทอโรนและเอสโตรเจน[133] ซึ่งเซอร์ปินเหล่านี้อาจไม่ได้มีหน้าที่ในการต้านโปรตีเอส และอาจจะมีบทบาทในช่วงการตั้งครรภ์ ทั้งนี้เพื่อยับยั้งการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกันมารดาไม่ให้ต่อต้านเนื้อเยื่อต่างๆที่ถูกสร้างขึ้นระหว่างการตั้งครรภ์ (conceptus) หรืออาจมีส่วนในการช่วยขนส่งสารต่างๆทางรก[134]

แมลง

ในจีโนมของแมลงวันทองมียีนมากถึง 29 โลคัสที่ทำหน้าที่ในการสร้างเซอร์ปิน ผลการวิเคราะห์ลำดับกรดอะมิโนพบว่า เซอร์ปิน 14 ชนิดถูกควบคุมโดยเคลด Q และ 3 ชนิดโดยเคลด K ส่วนเซอร์ปินที่เหลืออีก 12 ชนิด จัดเป็นเซอร์ปินกำพร้าที่ไม่จำเพาะต่อเคลดใดๆ[135] ระบบการจำแนกประเภทเคลดที่ใช้กับมนุษย์นั้นไม่สามารถใช้กับกรณีนี้ได้ดีเท่าใดนัก จึงได้นำเอาระบบการตั้งชื่อมาประยุกต์ใช้แทน โดยอิงตามตำแหน่งของยีนบนโครโมโซมที่ควบคุมการสร้างเซอร์ปินนั้นๆ แทน ซึ่งพบว่าเซอร์ปิน 13 ชนิดที่แยกได้นั้นถูกควบคุมโดยยีนที่อยู่คนละตำแหน่งกัน (รวมถึง Serpin-27A ที่แสดงรายละเอียดด้านล่าง) และที่เหลืออีก 16 ชนิดถูกควบคุมโดยกลุ่มยีน 5 ยีนที่ตำแหน่ง 28D (2 เซอร์ปิน), 42D (5 เซอร์ปิน), 43A (4 เซอร์ปิน), 77B (3 เซอร์ปิน) และ 88E (2 เซอร์ปิน)[135][136][137]

การศึกษาเกี่ยวกับเซอร์ปินของแมลงวันทองพบว่า Serpin-27A นั้นออกฤทธิ์ต้านอีสเตอร์โปรตีเอส (โปรตีเอสลำดับสุดท้ายในวัฎจักร Nudel, Gastrulation Defective, Snake and Easter) ที่ควบคุมการสร้างเนื้อเยื่อในอวัยวะส่วนแกนหลังและหน้าท้อง อีกทั้งยังมีส่วนช่วยในการทำงาน Spätzle (ลิแกนด์ประเภทไคโตไซน์ชนิดหนึ่ง) เพื่อกระตุ้นตัวรับ Toll-like receptor ในระบบภูมิคุ้มกันเพื่อให้ทนต่อแบคทีเรีย รา และไวรัส นอกจากนี้ การส่งสัญญาณ toll ที่เป็นผลจากการกระตุ้นตัวรับ Toll-like receptor ยังมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาระบบภูมิคุ้มกันโดยกำเนิดของแมลงต่างๆอีกด้วย[35][138][139]

ในกระดิ่งเงินกระดิ่งทองมีโปรตีน SPN93 ซึ่งประกอบไปด้วยเซอร์ปิน 2 หน่วยย่อย ทำหน้าที่ควบคุมวัฎจักรการสลายโปรตีนผ่านการถ่ายทอดสัญญาณทอล (Toll signaling cascade)[140]

หนอนตัวกลม

จีโนมของ C. elegans ซึ่งเป็นสัตว์จำพวกหนอนตัวกลม สามารถถอดรหัสสร้างเซอร์ปินได้ 9  ชนิด โดยเซอร์ปินทั้งหมดนี้ไม่มีเพปไทด์ส่งสัญญาณและดูคล้ายจะเป็นเซอร์ปินประเภทภายในเซลล์[141] อย่างไรก็ตาม มีเพียงเซอร์ปินเพียง 5 ชนิดเท่านั้นที่ดูเหมือนว่าจะสามารถออกฤทธิ์ยับยั้งการทำงานโปรตีเอสได้[141] หนึ่งในนั้นก็คือ SRP-6 ที่ทำหน้าที่ป้องกันและต้านทานการแตกของไลโซโซมที่สัมพันธ์กับคาลเพนและมีภาวะเครียดเป็นปัจจัยเหนี่ยวนำ (stress-induced calpain-associated lysosomal disruption) นอกจากนี้ SRP-6 ยังช่วยยับยั้งการทำงานของซิสตีอีนโปรตีเอสที่ถูกปล่อยออกมาหลังการแตกของไลโซโซม ด้วยเหตุนี้จึงทำให้ C. elegans ที่ขาด SRP-6 นั้น มีความไวต่อภาวะเครียดมากกว่าปกติ และพบว่าหนอนที่ถูกหยุดการทำงานของยีนที่ควบคุมการสร้าง SRP-6 (knockout worms) จะตายเกือบทันทีเมื่อถูกนำไปวางในน้ำ (ผลจาก hypo-osmotic stress lethal phenotype; Osl) ส่วนสาเหตุอื่นๆที่ทำให้การแสดงออกของ SRP-6 ลดน้อยลงจนนำไปสู่การตายของเซลล์ เนื้อเยื่อหรือทั้งระบบ ได้แก่ ภาวะฉุกเฉินจากความร้อน ความเครียดออกซิเดชัน ภาวะพร่องออกซิเจน และ MET-4 จึงสรุปได้ว่า SRP-6 และไลโซโซมมีบทบาทสำคัญเป็นอย่างมากในการตอบสนองภาวะเครียดและการควบคุมตายของเซลล์ในหนอนตัวกลม[142]

พืช

เซอร์ปินที่ถูกค้นพบเป็นกลุ่มแรกๆ นั้นเป็นเซอร์ปินที่พบในพืช โดยเซอร์ปิน Z ที่มีอยู่มากในเมล็ดข้าวบาร์เลย์และเป็นหนึ่งในส่วนประกอบโปรตีนที่สำคัญที่พบในเบียร์[143] รวมไปถึงจีโนมของพืชต้นแบบอย่างเธลเครสที่มียีนที่คล้ายเซอร์ปินอยู่ 18 ยีน ถึงแม้ว่าจะมีเพียง 8 ยีนเท่านั้นที่มีลำดับนิวคลีโอไทด์ของเซอร์ปินยาวเต็มที่

การทดสอบในหลอดทดลอง (in vitro) พบว่า เซอร์ปินจากพืชบางชนิดออกฤทธิ์ยับยั้งซีรีนโปรตีเอสที่มีโครงสร้างคล้ายไคโมทริปซิน (chymotrypsin-like serine proteases) ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมได้เป็นอย่างดี ตัวอย่างการศึกษาที่อธิบายปรากฏการณ์ดังกล่าวได้ดีที่สุดนั้นเป็นการศึกษาการทำงานของเซอร์ปิน Zx (BSZx) ในข้าวบาร์เลย์ซึ่งพบว่ามีความสามารถในการต้านทริปซินและไคโมทริปซิน รวมไปถึงแฟกเตอร์ต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการจับลิ่มของเลือดในมนุษย์หลายชนิด[144] อย่างไรก็ดี เอนไซม์ที่มีคุณสมบัติใกล้เคียงซีรีนโปรตีเอสที่มีโครงสร้างคล้ายไคโมทริปซินนั้นไม่ปรากฏว่ามีอยู่ในพืช นอกจากนี้ยังพบว่าวงศูนย์ปฏิกิริยาของเซอร์ปินหลายชนิดที่พบในข้าวสาลีและข้าวไรย์มีการเรียงลำดับ PolyQ ต่อเนื่องซ้ำๆคล้ายกับที่พบในโพรลามีนซึ่งเป็นโปรตีนเก็บสะสมภายในเอนโดสเปิร์มของเมล็ดพืช[145][146] จึงอาจพอสรุปได้ว่า เซอร์ปินที่พบในพืชเหล่านี้อาจทำหน้าที่ในการยับยั้งโปรตีเอสจากแมลงหรือจุลชีพที่มีคุณสมบัติในการย่อยโปรตีนเก็บสะสมเมล็ด โดยมีการศึกษาหนึ่งที่ให้ข้อสรุปสนับสนุนสมมติฐานข้างต้น กล่าวคือ ถึงแม้จะพบความสัมพันธ์แบบแปรผกผันระหว่างการแสดงออกของ CmPS-1 ซึ่งเป็นเซอร์ปินที่พบในสารละลายสารอาหาร (phloem sap) ของต้นฟักทองและแตงกวา กับการอยู่รอดและการขยายพันธุ์ของเพลี้ยอ่อน แต่การศึกษาในหลอดทดลองกลับพบว่า การให้สารละลาย CmPS-1 ความบริสุทธิ์สูงที่สกัดจากสารละลายสารอาหารข้างต้น กลับไม่มีผลต่อการรอดชีวิตของกลุ่มตัวอย่าง[147][148][149]

นอกจากนี้ ยังมีการค้นพบหน้าที่อื่นหรือโปรตีเอสเป้าหมายอื่นของเซอร์ปินพืชอีกหลายชนิด อาทิ เซอร์ปิน AtSerpin1 (At1g47710; 3LE2​) ที่พบในพืชสกุลอะราบิดอบซิส ที่ทำหน้าที่เป็นสารตัวกลางในการควบคุมการเกิดไม่ให้เกิดการทำงานของโปรแกรมการตายของเซลล์ที่มากเกินไป โดยมีเป้าหมายการออกฤทธิ์ที่ซิสเตอีนโปรตีเอสชื่อว่า 'Responsive to Desiccation-21' (RD21)[40][150] และการศึกษาในหลอดทดลองยังพบว่า AtSerpin1 สามารถยับยั้งเอนไซม์โปรตีเอสที่คล้ายเมตาแคสเปสได้อีกด้วย[39] ทั้งนี้ ยังมีเซอร์ปินอีก 2 ชนิดที่พบในพืชดังกล่าว ได้แก่ AtSRP2 (At2g14540) และ AtSRP3 (At1g64030) ซึ่งจะทำงานตอบสนองต่อการได้รับความเสียหายของดีเอ็นเอ[151]

เห็ดรา

ณ ปัจจุบัน มีการค้นพบเซอร์ปินในสิ่งมีชีวิตจำพวกเห็ดราเพียง 1 ชนิด คือ เซลปิน (celpin) จากรา Piromyces spp. สายพันธุ์ E2 ซึ่งเป็นราที่ไม่ต้องการออกซิเจน (anaerobic fungi) ในจีนัส Piromyces อาศัยอยู่ในทางเดินอาหารของสัตว์เคี้ยวเอื้อง โดยราชนิดนี้มีส่วนช่วยสำคัญในการย่อยสลายชิ้นส่วนของพืชที่สัตว์เหล่านี้กินเข้าไป ทั้งนี้ ปลายซี (C-terminus) ของเซลปินประกอบไปด้วยกรดอะมิโน 380 หน่วย ซึ่งเป็นส่วนที่แสดงคุณสมบัติเป็นเซอร์ปิน ส่วนปลายเอ็น (N-terminus) จะประกอบไปด้วยดอคเกอรินจำนวน 2 โมเลกุล ซึ่งเป็นสารที่มีส่วนช่วยในการสร้างเซลลูโลโซมของรา เพื่อใช้เป็นแหล่งสะสมเอนไซม์ที่จำเป็นในการย่อยชิ้นส่วนพืช จึงมีความเป็นไปได้ว่า เซลปินที่พบในราสายพันธุ์นี้อาจมีหน้าที่ป้องกันไม่ให้เซลลูโลโซมถูกทำลายด้วยโปรตีเอสจากพืช[21] นอกจากนี้ยังมีรายงานการค้นพบเซอร์ปินของแบคทีเรียที่ทำหน้าที่คล้ายคลึงกันกับเซลปินอีกด้วย[152]

โพรคาริโอต

ไวรัส