RTX toxin - RTX toxin

The RTX toxin nadčeleď je skupina cytolysinů a cytotoxiny produkovaný bakteriemi.[1] Existuje více než 1000 známých členů s různými funkcemi.[2] Rodina RTX je definována dvěma společnými rysy: charakteristickými opakováními v toxinu proteinové sekvence a extracelulární sekrece sekreční systémy typu I (T1SS). Název RTX (opakuje se v toxinu) odkazuje na glycin a aspartát - bohaté opakování umístěné na C-konec toxinových proteinů, které usnadňují export pomocí vyhrazeného T1SS kódovaného v rtx operon.[3][4]

Struktura a funkce

Proteiny RTX se pohybují v rozmezí od 40 do více než 600 kDa a všechny obsahují C-terminálně umístěné glycinové a aspartátově bohaté opakovací sekvence devíti aminokyseliny. Opakování obsahuje společnou strukturu sekvence [GGXGXDX [L / I / V / W / Y / F] X], (kde X představuje jakoukoli aminokyselinu), ale počet opakování se v rámci členů rodiny proteinů RTX liší.[5] Tyto konsensuální oblasti fungují jako místa pro Ca2+ vazba, která usnadňuje skládání proteinu RTX vývozní přes ATP - zprostředkovaný systém sekrece typu 1 (T1SS). Většina proteinů T1SS je kódována v rtx operon. Proteiny T1SS tvoří kontinuální kanál překlenující jak vnitřní membránu (IM), tak vnější membránu (OM) bakteriální buňky, zabraňující expozici RTX toxinu periplazmatickému prostoru (mezi IM a OM). Mezi komponenty sekrečního systému typu 1 patří: an ABC transportér (TC # 3.A.1), membránový fúzní protein (MFP; TC # 8.A.1) a protein vnější membrány (OMF; TC # 1.B.17). OMF je často kódován mimo operon rtx, protože může mít v buňce více funkcí. v Escherichia coli, Pasteurella hemolytika, a Vibrio cholerae „TolC funguje jako OMP při exportu toxinu T1SS RTX. V obou případech tolC gen se nachází mimo rtx operon a kóduje konzervovaný multifunkční protein. Během transportu T1SS rozpoznává C-terminální repetice toxinu RTX a C-konec je přenášen nejprve kanálem.[3]

Generál rtx genový klastr kóduje tři typy proteinů: toxin RTX, aktivující RTX acyltransferáza a proteiny T1SS. Toxin je neaktivní do posttranslační modifikace aktivátorem toxinu RTX kódovaným cis, který se typicky vyskytuje v cílové buňce. Acyltransferáza aktivující RTX katalyzuje připojení mastných kyselin vázaných na acyl k vnitřně umístěným zbytkům lysinu v toxinu RTX. Tato úprava je vyžadována u všech toxinů RTX; jeho přesná funkce v toxicitě RTX však není známa. Členové rodiny toxinů RTX zobrazují širokou škálu funkcí a obvykle více funkčních domén.[3] Tvorba pórů je jedinou známou sdílenou funkcí v RTX cytotoxinech a póry jsou typicky kationtově selektivní, což umožňuje příliv Ca2+ v cílových buňkách.[6]

Členové superrodiny RTX (RTX (TC # 1.C.11); HrpZ (TC # 1.C.56) a CCT (TC # 1.C.57)) obsahují opakované sekvence, které se také nacházejí v autotransportérech (např. , 1.B.12.10.1 a 1.B.40.1.2) a také TolA (2.C.1.2.1). Tyto domény pravděpodobně zprostředkovávají interakce protein-protein.

Rodiny

The Databáze klasifikace transportérů rozděluje RTX-toxinová nadrodina do 3 různých rodin homologů založených na bioinformatické a fylogenetické analýze:[7][8]

RTX toxiny byly původně rozděleny na hemolysiny a leukotoxiny.[1] Důkazy však prokázaly leukotoxickou aktivitu v hemolysinech, což vedlo k reklasifikaci podskupin toxinů RTX do dvou rodin: leukotoxiny tvořící póry (Rodina RTX-toxinů, 1.C.11.1.1 ) a toxiny MARTX (CCT rodina, 1.C.57.3.4 ) (multifunkční samočinné zpracování toxinů RTX). Toxiny MARTX jsou mnohem větší než toxiny RTX a jsou exportovány modifikovanými sekrečními systémy typu 1 obsahujícími další ABC transportér.[3][9]

Rodina RTX toxinů (RTX-toxin), které tvoří póry

Rodina toxinů RTX (TC # 1.C.11 ) (podrodina superrodiny toxinů RTX) je velká rodina multidoménových gramnegativních bakteriálních exotoxinů tvořících póry. Jsou vylučovány z bakterií a po zpracování se vkládají do membrán zvířecích buněk. Vykazují účinky specifické pro buněčný typ i druh (např. Leukotoxin z M. haemolytica interaguje pouze s alveolárními makrofágy, neutrofily a lymfocyty přežvýkavců a předpokládá se, že podporuje množení bakterií usmrcením nebo zneschopněním těchto buněk).[10] Tyto toxiny rozpoznávají proteinové receptory, jako je β2- integriny, vytvářejí póry při vysokých koncentracích a způsobují prasknutí buněk mechanismy, které nejsou dobře známy. Předpokládá se, že se na tvorbě pórů podílejí tři transmembránové domény E-coli HlyA protein (TC # 1.C.11.1.3 ) jsou ve zbytcích 299-319, 361-381 a 383-403. Při nízkých sublytických koncentracích však leukotoxin (TC # 1.C.11.1.1 ) způsobí aktivaci neutrofily, produkce zánětlivých cytokinů, degranulace, tvorba volných radikálů odvozených od kyslíku a morfologické změny odpovídající apoptóza.

C-koncová doména toxinu adenylátcyklázy (ACT nebo CyaA; TC # 1.C.11.1.4 ) z Bordetella pertussis tvoří malý kationtově selektivní kanál narušující bariéru propustnosti. Tento kanál pravděpodobně dodává N-koncovou adenylátcyklázu do cytoplazmy hostitelské buňky. Mutace reziduí v amfipatické a-šroubovici (Glu509 a Glu516) v doméně tvořící póry blokují translokaci adenylátcyklázy a modulují kationtovou selektivitu membránového kanálu.[11] ACT nepoužívá proteinový receptor a inzeruje se do liposomů. Fosfatidylethanolamin a cholesterol stimulují inzerci ACT. ACT také podporuje klopný obvod lipidů, což naznačuje, že ACT při vložení do membrány tvoří trans-dvouvrstvé nelamelární lipidové struktury.[12] CyaA může tvořit dva různé typy pórovitých struktur, v závislosti na orientaci membránového potenciálu a pH.[13]

Transportní reakce

Zobecněná transportní reakce navržená pro členy rodiny RTX-toxinů je:[8]

malé molekuly (dovnitř) → malé molekuly (ven).

Příklady

Toxiny RTX jsou produkovány řadou gramnegativních bakterií. Produkce toxinu RTX a rtx geny byly objeveny v mnoha bakteriálních rodech včetně Escherichia, Proteus, a Bordetella. Členové rodiny Pasteurellaceae také produkují toxiny RTX.[14] Rod Vibrio, který zahrnuje V. cholerae a V. vulnificus, produkuje toxiny MARTX, další třídu proteinů RTX.[3]

v Escherichia coli

RTX toxiny byly nalezeny v mnoha kmenech patogenní E-coli. Prototyp RTX toxinu, α-hemolysin (HlyA; TC # 1.C.11.1.3 ), je běžné faktor virulence v uropatogenní E-coli (UPEC), hlavní příčina infekce močového ústrojí. Hly operon kóduje toxin RTX (HlyA), aktivační protein HlyA HlyC ( acyltransferáza; TC # 9.A.40.1.1 ) a dva proteiny z T1SS stroje. Hyl T1SS zahrnuje transportér ABC HlyB (TC # 3.A.1.109.1 ), membránový fúzní protein HlyD (TC # 8.A.1.3.1 ) a protein vnější membrány TolC (TC # 1.B.17.1.1 ). Zatímco hlyB a hlyD geny jsou lokalizovány v hly operonu, TolC je multifunkční protein kódovaný mimo hly operon.[3]

Enterohemoragická Escherichia coli (EHEC) také produkuje toxin RTX. V EHEC byl objeven hemolyzin EHEC (EHEC-Hly) sérotyp O157: H7. Operon EHEC-Hly obsahuje čtyři E. coli hly homology: EHEC-hlyA, EHEC-hlyC, EHEC-hlyB a EHEC-hlyD. Shiga toxiny (Stx) jsou primární faktory virulence u enterohemoragické E-coli ale EHEC produkuje několik dalších faktorů virulence schopných poškodit vaskulární endotel u infekcí EHEC. EHEC-Hly je exprimován v mnoha séroskupinách EHEC, o nichž je známo, že způsobují závažné infekce u lidí. EHEC-Hly je transportován uvnitř vezikulů vnější membrány vylučovaných EHEC (OMV) in vitro. Tento způsob transportu zvyšuje virulenci tím, že napomáhá dodávání EHEC-Hly do cílových buněk.[15]

v Vibrio cholerae

RTX toxiny v Vibrio bakterie představují časný objev ve výzkumu toxinů RTX, ale teprve nedávno bylo zjištěno, že patří do samostatné třídy toxinů RTX zvané toxiny MARTX. v Vibrio cholerae the martx Gen kóduje šest proteinů: toxin MARTX (RtxA), acyltransferázu (RtxC), membránový fúzní protein (RtxD), dva transportéry ABC (RtxB a RtxE) a jeden protein s neznámou funkcí.[3] RtxA je faktor virulence zapojený do cholery, který usnadňuje kolonizaci V. cholerae tenké střevo. RtxA způsobuje zničení aktinu cytoskelet v hostitelských buňkách prostřednictvím modifikace G-aktinu a destrukce Rho GTPasy. Toxin obsahuje čtyři funkční domény: aktinovou síťující doménu (ACD), doménu inaktivující Rho (RID), doménu cysteinové proteázy (CPD) a aβ-hydrolázu. v V. cholerae infekce, na kterou se CPD váže inositol hexakisfosfát (InsP6, Kyselina fytová) uvnitř eukaryotických hostitelských buněk. Tato vazba aktivuje autoproteolytickou CPD, která štěpí protein MARTX na menší nezávislé proteiny, z nichž každý obsahuje pouze jednu z efektorových domén ACD, RID a αβ-hydrolázu. To umožňuje každému efektoru jednat nezávisle v hostitelské buňce, což zvyšuje účinky RtxA, protože ACD a RID fungují na různých místech v buňce. ACD zesíťuje monomerní G-aktin v cytosolu hostitelské buňky a brání tvorbě aktinového mikrofilamentu, hlavní složky cytoskeletu. RID inaktivuje membránově vázané Rho-GTPasy, které jsou regulátory tvorby cytoskeletu.[16]

v Bordetella pertussis

Toxin adenylátcyklázy (ACT nebo CyaA) je primárním faktorem virulence v Bordetella pertussis. CyaA je multifunkční toxin rodiny RTX, který cílí na myeloidní fagocyty, zhoršuje vrozenou imunitní odpověď a podporuje B. pertussis kolonizace. Operon cyaA kóduje pět proteinů CyaA (toxin RTX), CyaC (aktivační protein CyaA) a tři proteiny T1SS: CyaB (transportér ABC) CyaD (membránový fúzní protein) a CyaE (protein vnější membrány). Protein CyaA obsahuje doménu adenylátcyklázy (doména AC) a hemolytickou / cytolytickou doménu. Hemolytická funkce tvoří póry v cílových buňkách, zatímco cytolytická funkce zvyšuje intracelulární Ca2+ a cAMP. V hostitelských buňkách exprimujících Integrinový receptor CD11b / CD18 (antigen makrofágu-1, αMβ2 integrin), CyaA váže αMβ2 integrin a vloží se do buněčné membrány a iniciuje příliv Ca2+. Zvýšení intracelulárního Ca2+ umožňuje přemístění toxinu CyaA do buněčného cytosolu. Jakmile je AC doména aktivována vazbou kalmodulinu, začne převádět cytosolický ATP na cAMP, čímž se zvýší na cytotoxické hladiny.[6]

Reference

  1. ^ A b Lally ET, Hill RB, Kieba IR, Korostoff J (1999), „Interakce mezi toxiny RTX a cílovými buňkami“, Trendy v mikrobiologii, 7 (9): 356–361, doi:10.1016 / S0966-842X (99) 01530-9, PMID  10470043
  2. ^ Linhartová, Irena; Bumba, Ladislav; Mašín, Jiří; Basler, Marek; Osička, Radim; Kamanová, Jana; Procházková, Kateřina; Adkins, Irena; Hejnová-Holubová, Jana (01.11.2010). „Proteiny RTX: vysoce různorodá rodina vylučovaná společným mechanismem“. Recenze mikrobiologie FEMS. 34 (6): 1076–1112. doi:10.1111 / j.1574-6976.2010.00231.x. ISSN  1574-6976. PMC  3034196. PMID  20528947.
  3. ^ A b C d E F G Linhartová I, Bumba L, Mašín J, Basler M, Osička R, Kamanová J, Procházková K, Adkins I, Hejnová-Holubová J, Sadílková L, Morová J, Sebo P (listopad 2010). „Proteiny RTX: vysoce různorodá rodina vylučovaná společným mechanismem“. FEMS Microbiol. Rev. 34 (6): 1076–112. doi:10.1111 / j.1574-6976.2010.00231.x. PMC  3034196. PMID  20528947.
  4. ^ Vigil, Patrick D .; Travis J. Wiles; Michael D. Engstrom; Lev Prasov; Matthew A. Mulvey; Harry L. T. Mobley (únor 2012). „Člen rodiny rodiny Repeat-In-Toxin TosA zprostředkovává adherenci uropatogenních Escherichia coli a přežití během bakteremie“. Infekce a imunita. 80 (2): 493–505. doi:10.1128 / IAI.05713-11. PMC  3264304. PMID  22083710.
  5. ^ Satchell, Karla J. Fullner (listopad 2007). „MARTX, multifunkční automatické zpracování toxinů opakujících se v toxinu“. Infekce a imunita. 75 (11): 5079–5084. doi:10.1128 / IAI.00525-07. PMC  2168290. PMID  17646359.
  6. ^ A b Bumba, Ladislav; Jiří Masin; Radovan Fiser; Peter Sebo (2010). „Toxin bordetella adenylátcyklázy mobilizuje svůj receptor b2 integrinu do lipidových raftů, aby ve dvou krocích dosáhl translokace přes membránu cílových buněk“. PLOS patogeny. 6 (5): e1000901. doi:10.1371 / journal.ppat.1000901. PMC  2869314. PMID  20485565.
  7. ^ Chen, Jonathan S .; Reddy, Vamsee; Chen, Joshua H .; Shlykov, Maksim A .; Zheng, Wei Hao; Cho, Jaehoon; Yen, Ming Ren; Saier, Milton H. (01.01.2011). „Fylogenetická charakterizace superrodin transportních proteinů: nadřazenost programů SuperfamilyTree nad programy založenými na vícenásobném srovnání“. Journal of Molecular Microbiology and Biotechnology. 21 (3–4): 83–96. doi:10.1159/000334611. ISSN  1660-2412. PMC  3290041. PMID  22286036.
  8. ^ A b Saier, MH ml. „RTF-toxinová nadčeleď“. Databáze klasifikace transportérů. Saier Lab Bioinformatics Group / SDSC.
  9. ^ Boardman, Bethany Kay a Fullner Satchell, Karla J. (prosinec 2004). „Kmeny Vibrio cholerae s mutacemi v atypickém sekrečním systému typu I akumulují toxin RTX intracelulárně“. Journal of Bacteriology. 186 (23): 8137–8143. doi:10.1128 / JB.186.23.8137-8143.2004. PMC  529086. PMID  15547287.
  10. ^ Davies, R.L .; Whittam, T. S .; Selander, R. K. (2001-02-01). „Sekvenční diverzita a molekulární vývoj genu pro leukotoxin (lktA) u skotu a ovcí kmenů Mannheimia (Pasteurella) haemolytica“. Journal of Bacteriology. 183 (4): 1394–1404. doi:10.1128 / JB.183.4.1394-1404.2001. ISSN  0021-9193. PMC  95014. PMID  11157953.
  11. ^ Osicková, A .; Osicka, R .; Maier, E .; Benz, R .; Sebo, P. (1999-12-31). „Amfipatická alfa-šroubovice včetně glutamátů 509 a 516 je zásadní pro membránovou translokaci toxinu adenylátcyklázy a moduluje tvorbu a kationtovou selektivitu jeho membránových kanálů.“ The Journal of Biological Chemistry. 274 (53): 37644–37650. ISSN  0021-9258. PMID  10608820.
  12. ^ Martín, César; Requero, M.-Asunción; Masin, Jiří; Konopasek, Ivo; Goñi, Félix M .; Sebo, Peter; Ostolaza, Helena (01.06.2004). „Restrukturalizace membrány toxinem adenylátcyklázy Bordetella pertussis, členem rodiny toxinů RTX“. Journal of Bacteriology. 186 (12): 3760–3765. doi:10.1128 / JB.186.12.3760-3765.2004. ISSN  0021-9193. PMC  419970. PMID  15175289.
  13. ^ Knapp, Oliver; Maier, Elke; Masín, Jirí; Sebo, Peter; Benz, Roland (01.01.2008). „Tvorba pórů toxinem Bordetella adenylátcyklázy v lipidových dvojvrstvých membránách: role napětí a pH“. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - biomembrány. 1778 (1): 260–269. doi:10.1016 / j.bbamem.2007.09.026. ISSN  0006-3002. PMID  17976530.
  14. ^ Frey J (listopad 2011). „Role toxinů RTX ve specificitě hostitele zvířecích patogenních Pasteurellaceae“. Veterinární mikrobiologie. 153 (1–2): 51–58. doi:10.1016 / j.vetmic.2011.05.018. PMID  21645978.
  15. ^ Aldick, Thomas; Bielaszewska, Martina; Uhlin, Bernt Eric; Humpf, Hans-Ulrich; Wai, Sun Nyunt; Karch, Helge (2009). "Vezikulární stabilizace a zvýšení aktivity enterohemoragické hemolysiny Escherichia coli". Molekulární mikrobiologie. 71 (6): 1496–1508. doi:10.1111 / j.1365-2958.2009.06618.x. PMID  19210618.
  16. ^ Procházková, Kateřina; Ludmilla A. Šuvalová; George Minasov; Zdeněk Voburka; Wayne F. Anderson; Karla J. F. Satchell (září 2009). "Strukturální a molekulární mechanismus pro automatické zpracování toxinu MARTX z Vibrio cholerae na více místech". Journal of Biological Chemistry. 284 (39): 26557–26568. doi:10.1074 / jbc.M109.025510. PMC  2785344. PMID  19620709.