Cholera toxin - Cholera toxin

Cholera toxin (také známý jako choleragen a někdy zkráceně CTX, Ctx nebo CT) je AB5 multimerní proteinový komplex vylučuje bakterie Vibrio cholerae.[1][2] CTX je zodpovědný za masivní, vodnatý průjem charakteristický pro cholera infekce.[3] Je členem Tepelně labilní enterotoxinová rodina.
Dějiny
Cholerový toxin byl objeven v roce 1959 indickým mikrobiologem Sambhu Nath De.[4]
Struktura

Kompletní toxin je hexamer tvořený jednou kopií podjednotky A (část A, enzymatická, P01555) a pět kopií podjednotky B (část B, vazba receptoru, P01556), označovaný jako AB5. Podjednotka B se váže, zatímco podjednotka A aktivuje protein G, který se aktivuje adenylátcykláza. Trojrozměrná struktura toxinu byla stanovena pomocí Rentgenová krystalografie od Zhang et al. v roce 1995.[5]
Pět podjednotek B - každá o hmotnosti 11 kDa, tvoří pětičlenný kruh. Podjednotka A, která má 28 kDa, má dva důležité segmenty. Část řetězce A1 (CTA1) je kulová enzym užitečné zatížení ADP-ribosyláty G proteiny, zatímco řetězec A2 (CTA2) tvoří prodloužený alfa šroubovice který pohodlně sedí v centrálním póru podjednotkového kruhu B.[6]
Tato struktura má podobný tvar, mechanismus a sekvence do tepelně labilní enterotoxin vylučovaný některými kmeny Escherichia coli bakterie.
Patogeneze
Cholerový toxin působí následujícím mechanismem: Nejprve se váže podjednotkový kruh B toxinu cholery GM1 gangliosidy na povrchu cílových buněk. Pokud buňce chybí GM1, toxin se s největší pravděpodobností váže na jiné typy glykanů, jako jsou Lewis Y a Lewis X, navázané na proteiny místo lipidů.[7][8][9] Po navázání je celý toxinový komplex endocytovaný buňkou a řetězec toxinu Al cholery (CTA1) se uvolňuje redukcí a disulfidový most. Endosom se přesune do Golgiho aparátu, kde je protein A1 rozpoznán chaperonem endoplazmatického retikula, protein disulfid izomeráza. Řetěz A1 se poté rozloží a dopraví na membránu, kde Ero1 spouští uvolňování proteinu Al oxidací komplexu protein disulfid-isomeráza.[10] Jak se protein A1 přesouvá z ER do cytoplazmy kanálem Sec61, znovu se složí a vyhne se deaktivaci v důsledku ubikvitinace.
CTA1 se pak může volně vázat s lidským partnerským proteinem nazývaným Faktor ribosylace ADP 6 (Arf6); vazba na Arf6 vede ke změně tvaru CTA1, která odhaluje jeho aktivní místo a umožňuje jeho katalytickou aktivitu.[11] Fragment CTA1 katalyzuje ADP-ribosylace z Gs alfa podjednotka (Gas) pomocí proteinů NAD. ADP-ribosylace způsobuje Gαs podjednotka ztratit svou katalytickou aktivitu hydrolýzy GTP na GDP + Pi, čímž udržuje Gαs v aktivovaném stavu. Zvýšený Gαs aktivace vede ke zvýšení adenylátcykláza aktivita, která zvyšuje intracelulární koncentraci 3 ', 5'-cyklický AMP (cAMP) více než stokrát vyšší než normální a nadměrně aktivuje cytosol PKA. Tyto aktivní PKA pak fosforylují regulátor transmembránové vodivosti cystické fibrózy (CFTR) proteiny chloridového kanálu, což vede k ATP-zprostředkovanému odtoku chlorid ionty a vede k sekreci H2Ó, Na+, K.+, a HCO3− do střevní lumen. Kromě toho vstup Na+ a následně je snížen vstup vody do enterocytů. Kombinované účinky vedou k rychlé ztrátě tekutin ze střeva, a to až 2 litry za hodinu, což vede k závažným dehydratace a další faktory spojené s cholerou, včetně stolice rýže-voda.[12]
The pertusový toxin (také AB5 protein) produkovaný Bordetella pertussis působí podobným způsobem s výjimkou, že ADP-ribosyláty Gαi podjednotka, což znemožňuje inhibovat produkci cAMP.[13]
Původ
Gen kódující toxin cholery je zaveden do V. cholerae podle horizontální přenos genů. Virulentní kmeny V. cholerae mít virus známý jako CTXφ bakteriofág.[14]
Aplikace
Vzhledem k tomu, že se podjednotka B jeví jako relativně netoxická, vědci pro ni našli řadu aplikací v buněčné a molekulární biologii. Běžně se používá jako neuronový indikátor.[15]
Ošetření kultivovaných nervových kmenových buněk hlodavců toxinem cholery indukuje změny v lokalizaci transkripčního faktoru Hes3 a zvyšuje jejich počet.[16]
Gangliosidy GM1 se nacházejí v lipidové rafty na povrchu buňky. K identifikaci raftů lze použít komplexy B podjednotky značené fluorescenčními značkami nebo následně cílené protilátkami.
Viz také
Reference
- ^ Ryan KJ; Ray CG, eds. (2004). Sherris Medical Microbiology (4. vydání). McGraw Hill. p. 375. ISBN 978-0-8385-8529-0.
- ^ Faruque SM; Nair GB, eds. (2008). Vibrio cholerae: Genomics and Molecular Biology. Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-33-2.
- ^ Aizpurua-Olaizola, Oier; Sastre Torano, Javier; Pukin, Aliaksei; Fu, Ou; Boons, Geert Jan; de Jong, Gerhardus J .; Pieters, Roland J. (2018). „Afinitní kapilární elektroforéza pro hodnocení vazebné afinity inhibitorů cholerového toxinu na bázi sacharidů“. Elektroforéza. 39 (2): 344–347. doi:10.1002 / elps.201700207. ISSN 1522-2683. PMID 28905402.
- ^ De, S. N., Sarkar, J. K., Tribedi, B. P. Experimentální studie účinku toxinu cholery. J. Pathol. Bacteriol. 63: 707–717, 1951.
- ^ Zhang R, Scott D, Westbrook M, Nance S, Spangler B, Shipley G, Westbrook E (1995). „Trojrozměrná krystalová struktura toxinu cholery“. J Mol Biol. 251 (4): 563–73. doi:10.1006 / jmbi.1995.0456. PMID 7658473.
- ^ De Haan L, Hirst TR (2004). „Cholera toxin: paradigma pro multifunkční zapojení buněčných mechanismů (recenze)“. Mol. Membr. Biol. 21 (2): 77–92. doi:10.1080/09687680410001663267. PMID 15204437.
- ^ Amberlyn M Wands; Akiko Fujita (říjen 2015). „Fukosylace a glykosylace proteinů vytvářejí funkční receptory pro toxin cholery“. eLife. doi:10,7554 / eLife.09545.
- ^ Cervin J, Wands AM, Casselbrant A, Wu H, Krishnamurthy S, Cvjetkovic A, et al. (2018) GM1 intoxikace nezávislá na gangliozidu toxinem Cholera. PLoS Pathog 14 (2): e1006862. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1006862
- ^ Fukosylované molekuly kompetitivně interferují s vazbou na toxiny cholery na hostitelské buňky; Amberlyn M. Wands, Jakob Cervin, He Huang, Ye Zhang, Gyusaang Youn, Chad A. Brautigam, Maria Matson Dzebo, Per Björklund, Ville Wallenius, Danielle K. Bright, Clay S.Bennett, Pernilla Wittung-Stafshede, Nicole S. Sampson, Ulf Yrlid a Jennifer J. Kohler; Článek o infekčních nemocech ACS ASAP, DOI: 10.1021 / acsinfecdis.7b00085
- ^ Tsai, Billy a Tom A. Rapoport. „Rozložený toxin cholery se přenese na membránu ER a uvolní se z protein disulfid izomerázy po oxidaci Erol.“ The Journal of cell biology 159.2 (2002): 207-216.
- ^ O'Neal C, Jobling M, Holmes R, Hol W (2005). "Strukturální základ pro aktivaci cholerového toxinu lidským ARF6-GTP". Věda. 309 (5737): 1093–6. Bibcode:2005Sci ... 309.1093O. doi:10.1126 / science.1113398. PMID 16099990.
- ^ Joaquín Sánchez; Jan Holmgren (únor 2011). „Cholera toxin - nepřítel a přítel“ (PDF). Indian Journal of Medical Research. 133. p. 158. Archivovány od originál (PDF) dne 03.02.2013. Citováno 2013-06-09.
- ^ Boron, W. F. a Boulpaep, E. L. (2009). Lékařská fyziologie: buněčný a molekulární přístup (2. vyd.). Philadelphia, Pensylvánie: Saunders / Elsevier.
- ^ Davis B, Waldor M (2003). "Vláknité fágy spojené s virulencí Vibrio cholerae". Curr Opin Microbiol. 6 (1): 35–42. doi:10.1016 / S1369-5274 (02) 00005-X. PMID 12615217.
- ^ Pierre-Hervé Luppi. „Objev choleratoxinu jako mocného neuroanatomického nástroje“. Citováno 2011-03-23.
- ^ Androutsellis-Theotokis A, Walbridge S, Park DM, Lonser RR, McKay RD (2010). „Cholera toxin reguluje signální dráhu kritickou pro expanzi kultur nervových kmenových buněk z mozků plodů a dospělých hlodavců“. PLOS ONE. 5 (5): e10841. Bibcode:2010PLoSO ... 510841A. doi:10.1371 / journal.pone.0010841. PMC 2877108. PMID 20520777.
1. De SN. Enterotoxicita kultivačního filtrátu bez bakterií Vibrio cholerae. Příroda. 1959; 183: 1533–4.
externí odkazy
- McDowall, Jennifer (září 2005). "Cholera toxin". Protein měsíce (POTM). Proteinová datová banka v Evropě (PDBe). Archivovány od originál 27. dubna 2019.
- Goodsell, David (září 2005). „Cholera Toxin“. RCSB Proteinová datová banka. Molekula měsíce (MOTM). Proteinová datová banka (PDB). doi:10.2210 / rcsb_pdb / mom_2005_9. Archivováno z původního dne 25. října 2011.
- Cholera + toxin v americké národní lékařské knihovně Lékařské předměty (Pletivo)
- Přehled všech strukturálních informací dostupných v PDB pro UniProt: P01555 (Cholera enterotoxinová podjednotka A) na PDBe-KB.
- Přehled všech strukturálních informací dostupných v PDB pro UniProt: P01556 (Cholera enterotoxinová podjednotka B) na PDBe-KB.