Cytolethal rozptylující toxin - Cytolethal distending toxin

Cytolethal rozptylující toxin
PDB protein 1sr4 (HdCDT) .jpg
Krystalová struktura plně sestaveného Haemophilus ducreyi cytolethal distribuující toxin
Identifikátory
SymbolCDT
PfamPF03498
Pfam klanCL0066
InterProIPR003558

Cytolethal rozptylující toxiny (zkráceně CDT) jsou třídou heterotrimerický toxiny produkoval jistý gramnegativní bakterie ten displej DNase aktivita.[1][2] Tyto toxiny spouští G2 / M buněčný cyklus zastavit ve specifických savčích buněčných liniích, což vede k zvětšení nebo roztažení buněk, pro které jsou tyto toxiny pojmenovány.[3] Ovlivněné buňky umírají apoptóza.[1]

Každý toxin se skládá ze tří odlišných podjednotek pojmenovaných abecedně v pořadí, v jakém se jejich kódující geny objevují v CDT operon. Cytolethal distendující toxiny jsou klasifikovány jako AB toxiny, s aktivní ("A") podjednotkou, která přímo poškozuje DNA, a vazebnou ("B") podjednotkou, která pomáhá toxinu připojit se k cílovým buňkám. CdtB je aktivní podjednotka a homolog savcům DNase I, zatímco CdtA a CdtC tvoří vazebnou podjednotku.[4]

Cytolethal distendující toxiny jsou produkovány gramnegativní patogenní bakterie z kmen Proteobakterie. Mnoho z těchto bakterií, včetně Shigella dysenteriae, Haemophilus ducreyi, a Escherichia coli infikovat lidi. Bakterie, které produkují CDT, často trvale kolonizují svého hostitele.[1]

Dějiny

První zaznamenané pozorování toxinu šířícího cytolethal bylo v roce 1987 u patogenního kmene v E-coli izolován od mladého pacienta.[3] Později téhož roku vědci W.M. Johnson a H. Lior publikovali v časopise článek „Produkce Shiga toxinu a cytolethal distending toxin (CLDT) séroskupinami Shigella spp." v Mikrobiologické dopisy.[1] Objev dalších bakterií produkujících toxiny CDT pokračuje dodnes.

V roce 1994 dva vědci, Scott a Kaper, úspěšně klonovali a sekvenovali a CDT operon od jiného E-coli napětí, zveřejnění jejich úspěchu v Infekce a imunita.[1][5] Tři objevené geny byly označeny cdtA, cdtB, a cdtC.[5]

V roce 1997 byl publikován první článek z mnoha, který ukázal zástavu buněčného cyklu G2 / M způsobenou cytolethalovým distendujícím toxinem Molekulární mikrobiologie.[1] Studie se zaměřila na další E-coli kmen. Po tomto příspěvku následovala publikace z roku 1999 v Infekční imunita, což to prokázalo H. ducreyi CDT způsobuje buněčnou smrt prostřednictvím apoptóza. Toto zjištění bylo také potvrzeno pro další cytolethalové toxiny distendující v následujících studiích.

Objev homologie z cdtB savcům DNase I a aktuální AB model toxinu byly publikovány počátkem roku 2000.[2][6] Další výzkum a publikace krystalových struktur pro toxiny CDT ze dvou různých druhů tento model nadále podporují.[1]

Zdroje

Všechny známé toxiny šířící cytolethal jsou produkovány gramnegativními bakteriemi v gama a epsilon třídy Proteobakterie kmen. V několika případech jsou bakterie produkující CDT lidské patogeny. Mezi lékařsky významné výrobce CDT patří:[1]

Bakterie produkující CDT jsou často spojeny se slizničními obloženími, jako jsou žaludky a střeva, as přetrvávajícími infekcemi. Toxiny jsou buď vylučovány volně, nebo spojeny s membránou produkujících bakterií.[1]

Nomenklatura

Jednotlivé cytolethal distendující toxiny jsou pojmenovány pro bakteriální druhy, ze kterých jsou izolovány. Od roku 2011 většina vědců přijala praxi uvádění prvního písmene rodu i druhu před název toxinu, aby odrážela jeho zdroj (tj. CDT z Haemaphilus ducreyi se označuje jako HdCDT).[1][7] Pokud několik poddruhů produkuje různé toxiny, jako v případě E-coli, Za druhé písmeno lze přidat římské číslice.[7] Pomocí této konvence jsou označeny jak kompletní toxiny, tak jednotlivé podjednotky.

V reakci na pokračující objev dalších cytolethalových toxinů distendujících, revize z roku 2011 navrhla, aby byla jména toxinů rozšířena tak, aby zahrnovala první tři písmena druhu (tj. HducCDT pro Haemaphilus ducreyi CDT).[1]

Buněčné efekty

Toxiny CDT jsou genotoxiny schopné přímo poškodit DNA v cílových buňkách. Jsou jediní Toxiny typu AB objevil ten displej DNase aktivita, která jim umožňuje zavádět přestávky do DNA cílové buňky.[1][4]

V mnoha buněčné linie včetně člověka fibroblasty, epitelové buňky, endoteliální buňky, a keratinocyty, CDT způsobují G2 / M buněčný cyklus zástava, cytoplazmatická distenze a případná smrt buněk prostřednictvím apoptóza.[1][3][8] Většina publikací připisuje zastavení cyklu G2 / M nahromadění nevratného poškození DNA z aktivity DNázy toxinu jako spouštěče zastavení cyklu G2 / M, ale další výzkumy naznačují, že tento model je neúplný.[8] Cytoplazmatická distenze je přímým důsledkem zastavení buněčného cyklu G2 / M. Buňka se při přípravě zvětšuje mitóza, ale nelze je rozdělit, aby se obnovila normální velikost. Kromě klasické apoptózy byly známky intolerance buněk pozorovány také u normálních a rakovinných buněčných linií (fibroblasty, HeLa a U2-OS) po intoxikaci CDT[9]

v lymfocyty, buněčná smrt nastává rychle a nepředchází jí významná cytoplazmatická distenze.[8] Schopnost těchto toxinů odlišně působit na lymfocyty může být výhodná pro bakterie, které tyto toxiny využívají, ale mechanismus tohoto jevu není dosud dobře znám.

Struktura toxinu

Aktivní, shromážděný toxin je a trojstranný struktura se třemi odlišnými podjednotkami - CdtA, CdtB a CdtC. Z hlediska funkce je to AB toxin. V této souvislosti je podjednotka CdtB ve skutečnosti katalyticky aktivní podjednotkou „A“ a CdtA a CdtC společně tvoří vazebnou podjednotku „B“, která pomáhá toxinu vázat se a vstupovat do cílových buněk.[6] Některá literatura odkazuje na toxinovou strukturu jako AB2 aby odrážely přítomnost CdtA i CdtC.

Liší se od všech ostatních CDT, Salmonella enterica serovar Typhi CDT (SeCDT) nemá žádné homology CdtA a CdtC. Avšak kódováno těsně k aktivní podjednotce cdtbse ukázalo, že toxiny A a B podobné pertusi (pltA / pltB) jsou nezbytné pro buněčnou intoxikaci.[10] PltA a PltB mají odlišnou strukturu než CdtA a CdtC, čímž podporují aktivitu CdtB jiným způsobem. Bylo zjištěno, že jak PltA, tak PltB se vážou přímo na CdtB in vitro.[10] Kromě toho se liší od všech ostatních CDT, Salmonella genotoxin je produkován pouze po internalizaci bakterií v infikovaných buňkách, takže provoz SeCDT se může výrazně lišit od kanonických.

CdtB

CdtB je považován za aktivní podjednotku holotoxinu CDT. Mikroinjekce CdtB do citlivých buněk bez CdtA nebo CdtC vede k zastavení buněčného cyklu G2 / M a cytoplazmatické distenzi charakteristické pro toxiny CDT.[2] Struktura CdtB je mezi různými bakteriemi dobře zachována. CdtB podjednotka je nejvíce postupně konzervovaná mezi druhy.[4] Molekulová hmotnost CdtB se pohybuje od 28 kDa do 29 kDa, v závislosti na druhu.[1]

Jako aktivní podjednotka je CdtB označována jako "A" podjednotka podle AB toxin Modelka.[1] Tato matoucí nomenklatura je způsobena pojmenováním toxinových podjednotek předtím, než byly pochopeny jejich jednotlivé funkce.

Aktivita

CdtB vykazuje alespoň dvě enzymatické aktivity - DNase aktivita schopná zavést dvouřetězcové zlomy v DNA a a fosfatáza aktivita, která se podobá fosfatidylinositol 3,4,5-trifosfatáze.[2][8] Lze demonstrovat obě činnosti in vitro v nepřítomnosti dalších dvou podjednotek.[11] Relativní důležitost každé činnosti in vivo je nejasný.[11] Mutace, které snižují aktivitu, také snižují schopnost toxinu indukovat zastavení fáze G2 / M alespoň u některých náchylných jedinců buněčné linie.[2][8]

Podobnosti se savčí DNázou I

CdtB je funkčně homologní savcům DNase I a obsahuje konzervovanou pentapeptid sekvence nalezená ve všech doposud všech enzymech DNázy I.[2] Kromě toho několik zbytků kritických pro schopnost DNázy I rozbít fosfodiesterové vazby v páteři DNA se nacházejí ve struktuře CdtB. Článek z roku 2002, který studuje účinek bodové mutace na pěti z těchto zbytků bylo zjištěno, že čtyři z pěti testovaných mutací zrušily schopnost CdtB degradovat DNA v bezbuněčných extraktech a způsobit zástavu G2 / M po mikroinjekci. Pátá mutace mírně snížila aktivitu CdtB.[2]

CdtA a CdtC

CdtA a CdtC tvoří podjednotku B CDT holotoxinu odpovědnou za zacílení na CdtB proti citlivým buňkám.[6] Ani jedna podjednotka se nezdá být vysoce konzervativní, se sekvenční identitou mezi různými druhy často nižší než 30%.[4] Molekulová hmotnost CdtA se pohybuje od 23 kDa do 30 kDa, zatímco CdtC se pohybuje od 19 kDa do 21 kDa v závislosti na druhu.[1]

Aktivita

Předpokládá se, že CdtA a CdtC se vážou na povrch cílových buněk. Přesný mechanismus této vazby je nejasný a nemusí být zachován mezi toxiny CDT z různých druhů.[1][11] Navrhované cíle vazby CdtA a CdtC zahrnovaly cholesterol, N-vázané glykany a glykosfingolipidy.[11] Současný výzkum přinesl protichůdné výsledky ohledně skutečné důležitosti těchto navrhovaných cílů.[1][11] CdtA i CdtC obsahují lektinové domény,[12] což naznačuje, že toxin se může vázat prostřednictvím sacharidů na povrch cílové buňky, zatímco další výzkumy naznačují, že cílem jsou povrchové proteiny.[1]

Poznámky

  1. ^ A b C d E F G h i j k l m n Ó str q r s Jinadasa RN, Bloom SE, Weiss RS, Duhamel GE (červenec 2011). „Cytolethal distending toxin: a konzerved bakteriální genotoxin, který blokuje progresi buněčného cyklu, což vede k apoptóze široké škály buněčných linií savců“. Mikrobiologie. 157 (Pt 7): 1851–75. doi:10.1099 / mic.0.049536-0. PMC  3167888. PMID  21565933.
  2. ^ A b C d E F G Cherilyn A. Elwell, Lawrence A. Dreyfus (2000). „Homologní zbytky DNázy I v CdtB jsou kritické pro zastavení cytolethalové distribuce toxinem zprostředkovaného buněčného cyklu.“ Molekulární mikrobiologie. 37 (4): 952–963. doi:10.1046 / j.1365-2958.2000.02070.x.CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)
  3. ^ A b C Dreyfus, Lawrence, A. (2003), „Cyotlethal Distending Toxin“, D. Burns; et al. (eds.), Bakteriální proteinové toxiny, Washington, DC: ASM Press, s. 257–270
  4. ^ A b C d Guerra L, Cortes-Bratti X, Guidi R, Frisan T (březen 2011). „Biologie cytolethalových toxinů“. Toxiny. 3 (12): 172–90. doi:10,3390 / toxiny3030172. PMC  3202825. PMID  22069704.
  5. ^ A b Scott DA, Kaper JB (leden 1994). „Klonování a sekvenování genů kódujících cytolethalový toxin šířící se Escherichia coli“. Infekce a imunita. 62 (1): 244–51. PMC  186093. PMID  8262635.
  6. ^ A b C Lara-Tejero M, Galán JE (červenec 2001). „CdtA, CdtB a CdtC tvoří tripartitní komplex, který je vyžadován pro cytolethal distendující toxinovou aktivitu“. Infekce a imunita. 69 (7): 4358–65. doi:10.1128 / IAI.69.7.4358-4365.2001. PMC  98507. PMID  11401974.
  7. ^ A b Cortes-Bratti, Teresa Frisan, Monica Thelestam. (2001). „Cytolethal Distending Toxins Induction Damage DNA and Cell Cycle Arrest“. Toxicon. 39 (11): 1729–1736. doi:10.1016 / S0041-0101 (01) 00159-3.CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)
  8. ^ A b C d E Bruce J. Shenker, Mensur Dlakic, Lisa P. Walker, Dave Besack, Eileen Jaffe, Ed LaBelle, Kathleen Boesze-Battaglia. (2007). „Nový způsob působení pro imunotoxin odvozený od mikrobů: Cytolethal Distending Toxin Subunit B vykazuje fosfatidylinositol 3,4,5-trifosfátfosfatázovou aktivitu“. The Journal of Immunology. 178 (8): 5099–5108. doi:10,4049 / jimmunol.178.8.5099. PMC  4472023. PMID  17404292.CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)
  9. ^ Blazkova H, Krejcikova K, Moudry P, Frisan T, Hodny Z, Bartek J (leden 2010). „Bakteriální intoxikace evokuje stárnutí buněk s trvalým poškozením DNA a signalizací cytokinů“. Journal of Cellular and Molecular Medicine. 14 (1–2): 357–67. doi:10.1111 / j.1582-4934.2009.00862.x. PMC  3837606. PMID  19650831.
  10. ^ A b Spanò S, Ugalde JE, Galán JE (leden 2008). „Dodávka exotoxinu Salmonella Typhi z intracelulárního kompartmentu hostitele“. Mobilní hostitel a mikrob. 3 (1): 30–8. doi:10.1016 / j.chom.2007.11.001. PMID  18191792.
  11. ^ A b C d E Eshraghi A, Maldonado-Arocho FJ, Gargi A, Cardwell MM, Prouty MG, Blanke SR, Bradley KA (červen 2010). „Členové rodiny toxinů roztahujících cytolethal jsou odlišně ovlivňováni změnami v hostitelských glykanech a membránovém cholesterolu“. The Journal of Biological Chemistry. 285 (24): 18199–207. doi:10.1074 / jbc.m110.112912. PMC  2881744. PMID  20385557.
  12. ^ Nesić D, Hsu Y, Stebbins CE (květen 2004). "Sestava a funkce bakteriálního genotoxinu". Příroda. 429 (6990): 429–33. doi:10.1038 / nature02532. PMID  15164065.