Toxin adenylátcyklázy - Adenylate cyclase toxin

Toxin adenylátcyklázy je faktor virulence produkované některými členy rodu Bordetella. Spolu s toxinem pertussis je nejdůležitějším faktorem virulence původce Černý kašel, Bordetella pertussis. Bordetella bronchiseptica a Bordetella parapertussis, také schopný způsobit příznaky podobné pertusi, také produkuje toxin adenylátcyklázy.[1] Je to toxin vylučuje bakterie ovlivnit hostitele imunitní systém.

Struktura

Toxin adenylátcyklázy z Bordetella pertussis je 1706 aminokyselinový zbytek dlouho protein. Protein se skládá ze tří domén: z N-konec až do zhruba zbytku 400 existuje doména adenylát-cyklázy; mezi zbytky 500 a 700 je a hydrofobní doména; a od zbytku 1000 do C-konec, existují vápník vazebné opakování. Dva acylace weby jsou umístěny na lysin zbytky K860 a K983.[2][3] Část toxinu ze zbytku 400 na C-konec, tzv hemolyzin, strukturálně souvisí s velkou rodinou bakteriálních toxinů - RTX toxiny.[3] Rozdíly mezi toxiny různých Bordetella druhy jsou hlavně v doméně vázající vápník.[4]

Skládání a sekrece

Toxin je vylučován Sekreční systém typu I., který zahrnuje obě membrány a periplazma prostor, který umožňuje vylučování toxinu z cytoplazma přímo z cely.[1][2] Velká část toxinu zůstává spojena zejména s vnějšími proteiny bakterií vláknitý hemaglutinin, ale tyto molekuly toxinu nejsou aktivní.[5][1] Kromě připojení k bakteriálním proteinům agregace také inaktivuje toxin.[5] Tato rychlá inaktivace zdůrazňuje nutnost těsného kontaktu mezi vylučující bakterií a cílovou buňkou.[1]

RTX toxiny

RTX znamená „opakování toxinů“, ale ne všichni členové rodiny jsou toxiny. Opakování aspartát a glycin bohaté nonapeptidy (dlouhé 9 aminokyselin) jsou charakteristickým rysem této rodiny proteinů a jsou schopny vázat vápník ionty.[3] Rysem proteinů RTX je jejich schopnost vytvářet póry v buněčných membránách, což umožňuje úniku iontů. To se může projevit jako hemolytický aktivita na erytrocyty, což vede k tomu, že se této skupině toxinů říká „hemolysiny“. Typy buněk, které jsou citlivé na tuto aktivitu tvorby pórů, se mezi toxiny liší. Acylace lysinů je nutná pro tvorbu pórů cytotoxický účinky všech proteinů RTX.[6]

Toxiny z mnoha známých gramnegativní patogenní bakterie patří do rodiny RTX. Příkladem je α-hemolyzin z Escherichia coli nebo RtxA z Vibrio cholerae.[6]

Funkce

Molekulární mechanismy

Adenylátový cyklický toxin se váže na cílové buňky pomocí receptor komplementu 3 (CD11b / CD18 nebo Mac-1).[7] Cílová buňka je tedy myeloidní zejména linie fagocyty, jako neutrofily.[1] Dojde také k vazbě na buňky bez CR3, ale mnohem nižší rychlostí.[5] Část odpovědná za vazbu na receptor je uvnitř opakování vázání vápníku, od zbytků 1166 do 1287.[3] Hemolyzinová část proteinu se poté váže na cílovou membránu a vloží se do dvouvrstvá.[3][5] Doména adenylátcyklázy (AC) se poté translokuje přes cytoplazmatickou membránu do cytoplazmy. Translokace AC domény je nezávislá na cytotoxické aktivitě tvorby pórů, protože tyto dvě aktivity vyžadují, aby toxin přijal různé konformace.[5][2] Přechodně otevřené póry však přispívají k funkci AC domény únikem draslíku a přítokem vápníku do cílové buňky, což zpomaluje endocytóza shluků toxinů CR3 / adenylátcyklázy,[2] také komplex CR3 / toxin je mobilizován oddělením od cytoskelet. Komplex je poté přijat do cholesterol -bohatý lipidové rafty.[3] Příliv vápníku sám o sobě má mnoho negativních účinků na cílové buňky, jako je například deregulace buněčná signalizace.[5]

Doména adenylátcyklázy má vnitřní enzymatickou aktivitu. Translokace AC domény do buňky zahajuje hlavní proces, kterým tento toxin ovlivňuje cílové buňky: AC doména se váže klimodulin, a katalyzuje neregulovaná výroba tábor z ATP.[7] cAMP je důležitý druhý posel molekula a její masivní nadprodukce ovlivňuje mnoho buněčných procesů. Ve fagocytech většina z baktericidní funkce jsou zastaveny aktivací zprostředkovanou cAMP PKA a Epac.[7]

Účinek na cílové buňky

Výše popsané účinky toxinu adenylátcyklázy, zejména nadprodukce cAMP, mají hluboký účinek na cílové buňky. I když fagocytující imunitní buňky migrují na místo infekce v plíce, nejsou schopni dosáhnout efektivní odezvy. Nejen absorpce fagocytů bakterií je blokován, ale následná produkce ROS neutrofily a monocyty, NET neutrofily a NE podle makrofágy, je také inhibována.[5][7][3] Účinek na neutrofily je nejdůležitější při časné infekci Bordetella, narušující většinu z nich antimikrobiální funkce.[3] Intoxikace toxinem adenylátcyklázy vede k posunu polarizace makrofágů z M1 (prozánětlivý ) fenotyp na M2 (imunoregulační) fenotyp a může vést k makrofágu apoptóza.[7][3] Narušuje také akumulace cAMP po intoxikaci adenylátcyklázou IRF signalizace dovnitř dendritické buňky, což vede k nižší IL-12 Výroba. IL-12 je důležitý pro T-buňka polarizace odezvy.[7] Další účinky cAMP na interakci dendritických buněk s T-buňkami jsou také škodlivé pro imunitní odpověď. Ačkoli cAMP indukuje migraci dendritických buněk do lymfatické uzliny, snižuje jejich schopnost interagovat s T-buňkami a přítomný antigen. Toto má tolerogenní účinek na populaci T-buněk.[7]

Očkování proti černému kašli

Očkování proti Bordetella pertussis se používá v kojeneckém věku k prevenci černého kašle. Nedávný přechod z celé buňky vakcína proti černému kašli acelulární složková vakcína v mnoha zemích vedla k tomu, že toxin adenylátcyklázy není ve většině vakcín přítomen.[4] I když to není zahrnuto v současných vakcínách, výzkum to ukazuje imunizace s toxinem adenylátcyklázy vyvolává neutralizaci protilátky. Neutralizující protilátky mohou blokovat vazbu toxinu na CR3.[3] Protilátky proti toxinu adenylátcyklázy jsou také přítomny v séru lidí infikovaných B. pertussis.[4]

Bylo prokázáno, že konstrukty na bázi toxinu adenylátcyklázy vyvolávají produkci neutralizujících protilátek, ale postrádají cytotoxicitu spojenou s úplným toxinem. Geneticky detoxikovaný toxin adenylátcyklázy také slouží k podpoře Odezva Th1 / Th17, jednající jako adjuvans.[4]

Další role toxinu adenylátcyklázy

Toxin adenylátcyklázy nebo jeho části slouží také jako nástroj pro buněčné biology. AC doména najde použití jako reportérový protein. Tato reportérová aktivita je založena na aktivaci produkce cAMP, pokud je translokována do buňky, konjugovaná se studovaným proteinem. AC doména se skládá ze dvou subdomén, obě jsou vyžadovány pro produkci cAMP. Konjugace každé subdomény na jiný protein umožňuje interakce protein-protein je třeba studovat, protože produkce cAMP naznačuje úzkou interakci proteinů. Podobně mohou být tyto dvě subdomény spojeny studovaným proteinem, který je následně tráven proteázy. Ztráta produkce cAMP naznačuje štěpení proteázou.[8]

Reference

  1. ^ A b C d E Vojtová, Jana; Kamanova, Jana; Sebo, Peter (únor 2006). „Bordetella adenylátcykláza toxin: rychlý sabotér obrany hostitele“. Současný názor v mikrobiologii. 9 (1): 69–75. doi:10.1016 / j.mib.2005.12.011. PMID  16406775.
  2. ^ A b C d Masin, Jiří; Osička, Radim; Bumba, Ladislav; Sebo, Peter (listopad 2015). Frisan, Teresa (ed.). „Bordetella adenylátcykláza toxin: jedinečná kombinace skupiny tvořící póry s enzymem adenylátcyklázy napadající buňky“. Patogeny a nemoci. 73 (8): ftv075. doi:10.1093 / femspd / ftv075. ISSN  2049-632X. PMC  4626595. PMID  26391732.
  3. ^ A b C d E F G h i j Novak, Jakub; Černý, Ondřej; Osičková, Adriana; Linhartova, Irena; Masin, Jiří; Bumba, Ladislav; Sebo, Peter; Osicka, Radim (2017-09-24). „Vztahy mezi strukturou a funkcí, které jsou základem kapacity toxinu Bordetella Adenylate Cyclase k odzbrojení hostitelských fagocytů“. Toxiny. 9 (10): 300. doi:10,3390 / toxiny 9100300. ISSN  2072-6651. PMC  5666347. PMID  28946636.
  4. ^ A b C d Sebo, Peter; Osička, Radim; Masin, Jiří (říjen 2014). „Relevance toxinu-hemolyzinu adenylátcyklázy pro vakcíny proti pertusi“. Odborná recenze vakcín. 13 (10): 1215–1227. doi:10.1586/14760584.2014.944900. ISSN  1476-0584. PMID  25090574.
  5. ^ A b C d E F G Carbonetti, Nicholas H (březen 2010). „Toxin z pertusů a toxin adenylátcyklázy: klíčové faktory virulence Bordetella pertussis a nástroje buněčné biologie“. Budoucí mikrobiologie. 5 (3): 455–469. doi:10,2217 / fmb.09.133. ISSN  1746-0913. PMC  2851156. PMID  20210554.
  6. ^ A b Welch, R. A. (2001), „Struktura a funkce toxinů RTX: příběh četných anomálií a několika analogií v biologii toxinů“, van der Goot, F. Gisou (ed.), Toxiny vytvářející póryAktuální témata v mikrobiologii a imunologii, 257Springer Berlin Heidelberg, str. 85–111, doi:10.1007/978-3-642-56508-3_5, ISBN  9783642625459
  7. ^ A b C d E F G Fedele, Giorgio; Schiavoni, Ilaria; Adkins, Irena; Klimová, Nela; Sebo, Peter (2017-09-21). „Invaze dendritických buněk, makrofágů a neutrofilů toxinem bordetella adenylátcyklázy: podvratný krok k oklamání imunity hostitele“. Toxiny. 9 (10): 293. doi:10,3390 / toxiny9100293. ISSN  2072-6651. PMC  5666340. PMID  28934122.
  8. ^ Dautin, N; Karimova, G; Ladant, D (říjen 2002). „Bordetella pertussis adenylátcykláza toxin: univerzální screeningový nástroj“. Toxicon. 40 (10): 1383–1387. doi:10.1016 / S0041-0101 (02) 00158-7.