Toxin AB5 - AB5 toxin - Wikipedia

Enterotoxin (OB-fold B podjednotka)
Identifikátory
SymbolEnterotoxin
InterProIPR008992
SCOP22 bos / Rozsah / SUPFAM

AB5 toxiny jsou šestikomponentní protein komplexy vylučované jistými patogenní bakterie je známo, že způsobuje lidské nemoci, jako je cholera, úplavice, a hemolyticko-uremický syndrom. Jedna složka je známá jako A podjednotka a zbývajících pět složek jsou B podjednotky. Všechny tyto toxiny sdílejí podobnou strukturu a mechanismus pro vstup do cílených hostitelských buněk. Podjednotka B je odpovědná za vazbu na receptory otevřít cestu pro podjednotku A pro vstup do buňky. Podjednotka A je poté schopna používat svoji katalytické strojní zařízení k převzetí pravidelných funkcí hostitelské buňky.[1][2]

Rodiny

Pás karet diagram toxinu cholery. Z PDB: 1s5e​.
Ribbonový diagram toxinu černého kašle. S1 je podjednotka A a S2-S5 tvoří podjednotku B.[3]
Ribbonový diagram shiga toxinu (Stx) z Shigella dysenteriae, ukazující charakteristickou strukturu AB5. Podjednotka je oranžová a komplex B-podjednotky modrý. Z PDB: 1R4Q​.

Existují čtyři hlavní rodiny toxinu AB5. Tyto rodiny se vyznačují sekvence jejich A (katalytické) podjednotky, stejně jako jejich katalytické schopnosti.[4]

Cholera toxin

Hlavní články: Cholera toxin a Tepelně labilní enterotoxinová rodina

Tato rodina je také známá jako Ct nebo Ctx a zahrnuje také tepelně labilní enterotoxin, známý jako LT.[5] Objev toxinu cholery mnozí připisují Dr. Sambhu Nath De. Provedl svůj výzkum v Kalkatě (nyní Kalkata ) jeho objev v roce 1959, ačkoli to bylo poprvé očištěno Robert Koch v roce 1883. Toxin cholery se skládá z proteinového komplexu, který je vylučován bakterií Vibrio cholerae.[6] Některé příznaky tohoto toxinu zahrnují chronické a rozšířené vodnaté průjem a dehydratace, která v některých případech vede ke smrti.

Pertussis toxin

Hlavní článek: Pertussis toxin

Tato rodina je také známá jako Ptx a obsahuje toxin zodpovědný za Černý kašel. Toxin z černého kašle je vylučován gramnegativní bakterie, Bordetella pertussis. Černý kašel je velmi nakažlivý a případů ve Spojených státech i přes očkování pomalu přibývá.[7] Mezi příznaky patří paroxysmální kašel s černým nebo dokonce zvracením.[8] Bakterie Bordetella pertussis byl poprvé identifikován jako příčina černého kašle a izolován Jules Bordet a Octave Gengou ve Francii v roce 1900.[9] Toxin sdílí svůj mechanismus s toxinem cholery.[5]

ArtAB toxin z Salmonella enterica má komponenty podobné těm, které se nacházejí ve dvou různých rodinách: ArtA (Q404H4) podjednotka je homologní s pertusovým toxinem A, zatímco ArtB (Q404H3) podjednotka je homologní s subB i s proteiny nalezenými v jiných Salmonella kmeny. Podle pravidla třídění podle typu se jedná o toxin z rodiny Ptx.[10][4]

Shiga toxin

Hlavní článek: Shiga toxin

Shiga toxin, také známý jako Stx, je toxin, který se produkuje ve tvaru tyčinky Shigella dysenteriae a Escherichia coli (STEC). Potraviny a nápoje kontaminované těmito bakteriemi jsou zdrojem infekce a tím, jak se tento toxin šíří.[11] Mezi příznaky patří bolest břicha a vodnatý průjem. Těžké život ohrožující případy se vyznačují hemoragická kolitida (HC).[12] Objev shiga toxinu je připisován Dr. Kiyoshi Shiga v roce 1898.

Subtilázový cytotoxin

Hlavní články: Subtiláza a cytotoxicita

Tato rodina je také známá jako SubAB[4] a byl objeven v průběhu 90. let.[13] Je produkován kmeny STEC, které nemají místo zmírnění enterocytů (ZÁVĚTŘÍ),[14] a je známo, že způsobuje hemolyticko-uremický syndrom (HUS). Nazývá se subtilázový cytotoxin, protože jeho podjednotková sekvence A je podobná sekvenci podobnou subtiláze serinová proteáza v Bacillus anthracis. Některé příznaky způsobené tímto toxinem jsou pokles destička počítat v krvi nebo trombocytopenie, nárůst v bílých krvinek počítat nebo leukocytóza, a ledvin poškození buněk.[15]

Subtiláza cytotoxin A podjednotka (subA, Q6EZC2) je proteáza, o které je známo, že se štěpí vazebný imunoglobulinový protein (BiP), vedoucí k endoplazmatické retikulum stres a buněčná smrt. B podjednotky (subB, Q6EZC3) vázat na Kyselina N-glykolylneuraminová (Neu5Gc) glykany na buňkách s vysokou afinitou.[16] Jen subB je dostatečný k tomu, aby způsobil vakuolizaci buněk vero.[17] Neu5GC není vyroben člověkem, ale je získáván z potravinových zdrojů, jako je červené maso a mléčné výrobky, také časté zdroje infekcí STEC, do lidské střevní výstelky.[18]

Struktura

Kompletní toxinový komplex AB5 obsahuje šest proteinových jednotek. Pět jednotek má podobnou nebo identickou strukturu a tvoří podjednotku B. Poslední proteinová jednotka je jedinečná a je známá jako podjednotka A.

Obecné schéma podjednotky A toxinu AB5 s disulfidovou vazbou.
Ribbonový diagram B-podjednotky toxinu cholery.

Podjednotka

Podjednotka A toxinu AB5 je část zodpovědná za katalýzu specifických cílů. U rodiny toxinů Shiga je podjednotka A hostitelem a Trypsin -citlivá oblast, která při štěpení vydává dvě fragmentované domény. Tato oblast dosud nebyla potvrzena pro ostatní rodiny toxinů AB5.[2] Obecně jsou dvě domény podjednotky A, pojmenované A1 a A2, spojeny pomocí a disulfidová vazba. Doména A1 (přibližně 22 kDa v toxinu cholery nebo tepelně labilních enterotoxinech) je součástí toxinu odpovědného za jeho toxické účinky. Doména A2 (přibližně 5 kDa v toxinu cholery nebo tepelně labilním enterotoxinu) poskytuje a nekovalentní vazba na podjednotku B přes centrální póry podjednotky B.[5] Řetězec A1 pro toxin cholery katalyzuje přenos ADP-ribóza z Nikotinamid adenin dinukleotid (NAD) do arginin nebo jiný guanidin sloučeniny využitím Faktory ADP-ribosylace (ARF). V nepřítomnosti argininu nebo jednoduchých guanidinových sloučenin byl toxin zprostředkován NAD + nukleosidáza (NADase) aktivita probíhá za použití vody jako a nukleofil.[19]

B podjednotka

B podjednotky tvoří pětičlenný nebo pentamerický kruh, kde jeden konec podjednotky A vstupuje do a je držen. Tento podjednotkový kruh B je také schopen vázat se na a receptor, obvykle glykoprotein nebo glykolipid,[5] na povrchu hostitelské buňky.[20] Bez podjednotek B nemá podjednotka A žádný způsob, jak se připojit nebo vstoupit do buňky, a tedy žádný způsob, jak uplatnit svůj toxický účinek. Cholera toxin, shiga toxin a toxin SubAB mají všechny B podjednotky, které jsou složeny z pěti identických proteinových složek, což znamená, že jejich B podjednotky jsou homopentamery. Pertusový toxin je odlišný, pokud je jeho pentamerní kruh tvořen čtyřmi různými proteinovými složkami, přičemž jedna ze složek se opakuje za vzniku heteropentameru.[5]

Mechanismy

Cholera toxin, pertussis toxin a shiga toxin mají všechny své cíle v cytosol buňky. Poté, co se jejich podjednotka B váže na receptory na povrchu buňky, je toxin obalen buňkou a transportován dovnitř buď skrz na klatrinech závislá endocytóza nebo na klatrinech nezávislá endocytóza.[21]

Dráhy mechanismu pro čtyři toxiny AB5: toxin cholery, pertusový toxin, shiga toxin a subtilázový cytotoxin.

Pro toxin cholery hlavní glykolipid receptor pro toxin cholery je ganglioside GM1.[20] Po endocytóze do Golgiho aparát, toxin je přesměrován na endoplazmatické retikulum.[5] Aby podjednotka A dosáhla svého cíle, musí být přerušena disulfidová vazba mezi doménami A1 a A2. Toto poškození je katalyzováno a protein disulfid-izomeráza[22] to je v endoplazmatickém retikulu. Po oddělení se doména A1 rozloží a je přesměrována zpět do cytosolu, kde se znovu rozloží[5] a katalyzuje ADP-ribosylace jisté G protein alfa podjednotky. Přitom jsou vedlejší účinky G proteinu signální transdukční dráha je narušen[4] aktivací adenylátcykláza.[20] To způsobí vyšší koncentraci tábor v buňce, což narušuje regulaci iontových transportních mechanismů.[5]

Pertussis toxin nemá specifický receptor a váže se na sialylovaný glykoproteiny.[13] Po endocytóze je mechanismus toxinu černého kašle stejný jako toxin cholery.

Hlavním receptorem pro shiga toxin je globotriaosylceramid nebo Gb3.[23] Shiga toxin je také přiveden do golgiho aparátu, než je směrován do endoplazmatického retikula pro PDI za účelem štěpení disulfidové vazby. Podjednotka A Shiga toxinu je poté přivedena zpět do cytosolu a inhibuje syntézu eukaryotických proteinů RNA N-glykosidáza aktivita[4] štěpením specifické adeninové báze na 28S ribozomální RNA[5] to nakonec způsobí buněčnou smrt.

Cíl SubAB je v endoplazmatickém retikulu buňky a je do buňky přiveden skrz klatrinem zprostředkovaná endocytóza.[20] Glykanový receptor pro SubAB obvykle končí spojením a2-3 Kyselina N-glykolylneuraminová (Neu5Gc).[13] SubAB má podjednotku A, kde působí jako serinová proteáza a štěpí se Bip / GRP78, an endoplazmatické retikulum garde.[4] Štěpení tohoto chaperonu způsobuje buněčný stres prostřednictvím inhibice bílkovin,[14] a následně smrt buňky.[5]

Lékařské použití

Léčba rakoviny

B podjednotky toxinů AB5 mají afinitu k vazbě glykan které některé typy nádorů zřejmě mají, což z něj činí snadný cíl. Jedním příkladem je příklad StxB který se konkrétně váže s CD77 (Gb3), který ukazuje expresi na povrchu rakovinných buněk, jako je tlusté střevo, pankreas, prsa a mnoho dalších. Jakmile StxB zacílí na rakovinnou buňku, dodá A podjednotku toxinu, který nakonec rakovinnou buňku zabije.[5]

Žaludeční Helicobacter pylori mikrokolonie formace

Ještě další metodou je použití léků vyvolávajících stres ER, které byly testovány na myších, aby prokázaly pozitivní synergické reakce. Toho je dosaženo fúzí epidermální růstový faktor (EGF) s podjednotkou A SubAB. Rakovinné buňky, které exprimují receptory pro EGF, pak zažijí toxicitu SubAB.[24]

Vakcíny

Další použití toxinů AB5 je použití členů rodiny LT jako adjuvans. To umožňuje toxinu podporovat imunologické reakce, jako je IgG2a, IgA, a Čt17 bojovat například se žaludkem Helicobacter pylori infekce, když vakcína je dáno.[25][26]

Kromě toho, že některé z těchto toxinů AB5 se používají k výrobě vakcín k prevenci bakteriální infekce, jsou také zkoumány, aby fungovaly jako sdružené k prevenci virových infekcí. Například systémová imunizace spolu se společně podávaným intra-nosním dodáním konjugované vakcíny virus-cholera a toxin vyvolala protilátkovou reakci specifickou pro virus a prokázala určitý stupeň ochrany horních cest dýchacích před Virus Sendai.[27]

Poslední oblasti výzkumu

Nový pokrok v biotechnologických experimentálních metodách, jako je použití Besselův paprsek letadlo osvětlovací mikroskopie a FRET molekuly senzoru na bázi mohou lépe demonstrovat dynamické struktury mezera křižovatka plakety. Pro tyto experimenty lze použít různé typy toxinů AB5 k vyvolání rychlé tvorby tCDR v buňkách E.Coli. Odezvu lze poté zaznamenat pomocí tábor fluktuace koncentrace v buňkách spřažených s mezerou pomocí konstrukcí senzorů založených na FRET. Výzkum naznačuje, že CDR mohou být pravděpodobně spojeny s rychlým přeskupením lipidů a bílkovin v konexin kanály v mezerových spojovacích placích. To nám může dále pomoci pochopit signální kaskádu, která následuje po buněčné ztrátě K + při vystavení bakteriální infekci.[28][29]

Bylo pozorováno, že toxin SubAB vykazuje specificitu k vazebnému proteinu, BiP. Tato charakteristika byla použita ke studiu role samotného buněčného BiP spolu s degradací spojenou s endoplazmatickým retikulem u stresovaných HeLa buňky.[5]

Viz také

Reference

  1. ^ Le Nours, J .; Paton, A. W .; Byres, E .; Troy, S .; Herdman, B. P .; Johnson, M. D .; Paton, J. C .; Rossjohn, J .; Beddoe, T. (6. srpna 2013). "Strukturní základ sestavy subAB subtilázového cytotoxinu". Journal of Biological Chemistry. 288 (38): 27505–27516. doi:10,1074 / jbc.M113.462622. PMC  3779744. PMID  23921389.
  2. ^ A b Middlebrook, JL; Dorland, RB (září 1984). „Bakteriální toxiny: buněčné mechanismy působení“. Mikrobiologické recenze. 48 (3): 199–221. PMC  373009. PMID  6436655.
  3. ^ Locht, C; Antoine, R (1995). „Navrhovaný mechanismus ADP-ribosylace katalyzovaný podjednotkou toxinu černého kašle S1“. Biochimie. 77 (5): 333–40. doi:10.1016/0300-9084(96)88143-0. PMID  8527486.
  4. ^ A b C d E F Wang, H; Paton, JC; Herdman, BP; Rogers, TJ; Beddoe, T; Paton, AW (březen 2013). „B podjednotka toxinu AB5 produkovaná serovarem Typhi ze Salmonella enterica reguluje chemokiny, cytokiny a adhezní molekuly v lidských makrofágových, tlustých epiteliálních a mozkových mikrovaskulárních endotelových buněčných liniích“. Infekce a imunita. 81 (3): 673–83. doi:10.1128 / IAI.01043-12. PMC  3584882. PMID  23250951.
  5. ^ A b C d E F G h i j k l Beddoe, Travis; Paton, Adrienne W .; Le Nours, Jérôme; Rossjohn, Jamie; Paton, James C. (červenec 2010). "Struktura, biologické funkce a aplikace toxinů AB5". Trendy v biochemických vědách. 35 (7): 411–418. doi:10.1016 / j.tibs.2010.02.003. PMC  2929601. PMID  20202851.
  6. ^ Bharati, K; Ganguly, N. K. (2011). „Cholera toxin: paradigma multifunkčního proteinu“. Indický žurnál lékařského výzkumu. 133 (2): 179–187. PMC  3089049. PMID  21415492.
  7. ^ Millen, S. H .; Schneider, O. D .; Miller, W. E .; Monaco, J. J .; Weiss, A. A. (2013). „Pertussis toxin B-pentamer zprostředkovává mezibuněčný přenos membránových proteinů a lipidů“. PLOS ONE. 8 (9): e72885. Bibcode:2013PLoSO ... 872885M. doi:10.1371 / journal.pone.0072885. PMC  3760862. PMID  24019885.
  8. ^ Carbonetti, N.H. (2010). „Toxin Pertussis a toxin adenylátcyklázy: Klíčové faktory virulence Bordetella pertussis a nástroje buněčné biologie“. Budoucí mikrobiologie. 5 (3): 455–469. doi:10,2217 / fmb.09.133. PMC  2851156. PMID  20210554.
  9. ^ Guiso N. 2009. Vakcíny Bordetella pertussis a pertussis. Clin. Infikovat. Dis. 49:1565–1569
  10. ^ „1.C.72 Rodina pertusových toxinů (PTX)“. TCDB. Citováno 21. března 2019.
  11. ^ Faruque, S. M .; Chowdhury, N; Khan, R; Hasan, M. R.; Nahar, J; Islam, M. J .; Yamasaki, S; Ghosh, A. N .; Nair, G. B .; Sack, D. A. (2003). „Shigella dysenteriae Type 1-specific Bacteriophage from Environmental Waters in Bangladesh“. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 69 (12): 7028–7031. doi:10.1128 / AEM.69.12.7028-7031.2003. PMC  310026. PMID  14660345.
  12. ^ Beutin, L; Miko, A; Krause, G; Pries, K; Haby, S; Steege, K; Albrecht, N (2007). „Identifikace lidských patogenních kmenů bakterie Escherichia coli produkující Shiga toxiny z potravy kombinací sérotypizace a molekulární typizace genů Shiga toxinu“. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 73 (15): 4769–75. doi:10.1128 / AEM.00873-07. PMC  1951031. PMID  17557838.
  13. ^ A b C Paton, AW; Paton, JC (1. února 2010). "Escherichia coli Subtilase Cytotoxin". Toxiny. 2 (2): 215–228. doi:10,3390 / toxiny2020215. PMC  2943149. PMID  20871837.
  14. ^ A b Michelacci, V .; Tozzoli, R .; Caprioli, A .; Martínez, R .; Scheutz, F .; Grande, L .; Sánchez, S .; Morabito, S .; Allerberger, F. (2013). „Nový ostrov patogenity nesoucí alelickou variantu subtilázového cytotoxinu je běžný mezi produkcí Shiga toxinů lidského a ovčího původu“. Klinická mikrobiologie a infekce. 19 (3): E149 – E156. doi:10.1111/1469-0691.12122. PMID  23331629.
  15. ^ Wang, Hui; Paton, James C .; Paton, Adrienne W. (říjen 2007). „Patologické změny u myší vyvolané subtilázovým cytotoxinem, novým silným toxinem AB, který cílí na endoplazmatické retikulum“. The Journal of Infectious Diseases. 196 (7): 1093–1101. doi:10.1086/521364. PMID  17763334.
  16. ^ Paton, AW; Paton, JC (1. února 2010). "Escherichia coli Subtilase Cytotoxin". Toxiny. 2 (2): 215–228. doi:10,3390 / toxiny2020215. PMC  2943149. PMID  20871837.
  17. ^ Morinaga, N; Yahiro, K; Matsuura, G; Watanabe, M; Nomura, F; Moss, J; Noda, M (leden 2007). „Dvě odlišné cytotoxické aktivity subtilázového cytotoxinu produkovaného shiga-toxigenní Escherichia coli“. Infekce a imunita. 75 (1): 488–96. doi:10.1128 / IAI.01336-06. PMC  1828409. PMID  17101670.
  18. ^ Byres, E; Paton, AW; Paton, JC; Löfling, JC; Smith, DF; Wilce, MC; Talbot, UM; Chong, DC; Yu, H; Huang, S; Chen, X; Varki, NM; Varki, A; Rossjohn, J; Beddoe, T (4. prosince 2008). „Začlenění jiného než lidského glykanu zprostředkovává citlivost člověka na bakteriální toxin“. Příroda. 456 (7222): 648–52. Bibcode:2008 Natur.456..648B. doi:10.1038 / nature07428. PMC  2723748. PMID  18971931.
  19. ^ Gutkind, editoval Toren Finkel, J. Silvio (2003). Transdukce signálu a lidská nemoc. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons. ISBN  0471448370.CS1 maint: další text: seznam autorů (odkaz)
  20. ^ A b C d Lencer W, Saslowsky D (2005). "Vor obchodování s bakteriálními toxiny podjednotky AB5". Biochim Biophys Acta. 1746 (3): 314–21. doi:10.1016 / j.bbamcr.2005.07.007. PMID  16153723.
  21. ^ Smith, Richard D .; Willett, Rose; Kudlyk, Tetyana; Pokrovskaya, Irina; Paton, Adrienne W .; Paton, James C .; Lupashin, Vladimir V. (říjen 2009). „COG Complex, Rab6 a COPI definují novou retrográdní cestu obchodování s Golgi, která je využívána toxinem SubAB“. Provoz. 10 (10): 1502–1517. doi:10.1111 / j.1600-0854.2009.00965.x. PMC  2756830. PMID  19678899.
  22. ^ Teter, Ken (10. prosince 2013). „Nestabilita toxinů a její role v translokaci toxinů z endoplazmatického retikula do cytosolu“. Biomolekuly. 3 (4): 997–1029. doi:10,3390 / biom3040997. PMC  4030972. PMID  24970201. (PDI)
  23. ^ Thorpe, C. M. (1. května 2004). „Shiga toxin - produkující infekci Escherichia coli“. Klinické infekční nemoci. 38 (9): 1298–1303. doi:10.1086/383473. PMID  15127344.
  24. ^ Backer, JM; Krivoshein, AV; Hamby, CV; Pizzonia, J; Gilbert, KS; Ray, YS; Značka, H; Paton, AW; Paton, JC; Backer, MV (listopad 2009). „Cytotoxin zaměřený na chaperon a léčivo vyvolávající stres endoplazmatickým retikulem synergicky zabíjejí rakovinné buňky“. Neoplazie. 11 (11): 1165–73. doi:10.1593 / neo.09878. PMC  2767218. PMID  19881952.
  25. ^ Norton, E. B .; Lawson, L. B .; Mahdi, Z .; Freytag, L. C .; Clements, J. D. (23. dubna 2012). „Subjednotka Escherichia coli Heat-Labile Enterotoxin funguje jako slizniční adjuvans a podporuje reakce IgG2a, IgA a Th17 na antigeny vakcín“. Infekce a imunita. 80 (7): 2426–2435. doi:10.1128 / IAI.00181-12. PMC  3416479. PMID  22526674.
  26. ^ Weltzin, R; Guy, B; Thomas WD, Jr.; Giannasca, PJ; Monath, TP (květen 2000). „Parenterální adjuvantní aktivity tepelně labilního toxinu Escherichia coli a jeho podjednotky B pro imunizaci myší proti žaludeční infekci Helicobacter pylori“. Infekce a imunita. 68 (5): 2775–82. doi:10.1128 / iai.68.5.2775-2782.2000. PMC  97487. PMID  10768972.
  27. ^ Liang, XP; Lamm, ME; Nedrud, JG (1. září 1988). „Orální podání konjugátu toxinu cholery a viru Sendai potencuje imunitu střev a dýchacích cest proti viru Sendai.“ Journal of Immunology. 141 (5): 1495–501. PMID  2842395.
  28. ^ Majoul, IV; Gao, L; Betzig, E; Onichtchouk, D; Butkevich, E; Kozlov, Y; Bukauskas, F; Bennett, MV; Lippincott-Schwartz, J; Duden, R (29. října 2013). „Rychlé strukturální reakce domén membránových spojů na toxiny AB5“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 110 (44): E4125–33. Bibcode:2013PNAS..110E4125M. doi:10.1073 / pnas.1315850110. PMC  3816413. PMID  24133139.
  29. ^ Börner, S; Schwede, F; Schlipp, A; Berisha, F; Calebiro, D; Lohse, MJ; Nikolaev, VO (duben 2011). "FRET měření intracelulárních koncentrací cAMP a propustnosti analogu cAMP v intaktních buňkách". Přírodní protokoly. 6 (4): 427–38. doi:10.1038 / nprot.2010.198. PMID  21412271.

externí odkazy

Příklady