Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Энтеротоксин (субъединица B OB-складки)
Идентификаторы
СимволЭнтеротоксин
ИнтерПроIPR008992
SCOP22bos / SCOPe / SUPFAM

Токсины AB 5 представляют собой шестикомпонентные белковые комплексы, секретируемые некоторыми патогенными бактериями, которые, как известно, вызывают такие заболевания человека, как холера , дизентерия и гемолитико-уремический синдром . Один компонент известен как субъединица A, а остальные пять компонентов - субъединицы B. Все эти токсины имеют схожую структуру и механизм проникновения в клетки-мишени. Субъединица B отвечает за связывание с рецепторами, открывая путь для субъединицы A в клетку. Затем субъединица A может использовать свой каталитический аппарат, чтобы взять на себя обычные функции клетки-хозяина. [1] [2]

Семьи [ править ]

Ленточная диаграмма токсина холеры. Из PDB : 1s5e .
Ленточная диаграмма токсина коклюша. S1 - это субъединица A, а S2-S5 составляют субъединицу B. [3]
Ленточная диаграмма токсина шига (Stx) из Shigella dysenteriae , показывающая характерную структуру AB5. Субъединица выделена оранжевым цветом, а комплекс B-субъединицы - синим. Из PDB : 1R4Q .

Существует четыре основных семейства токсина AB5. Эти семейства характеризуются последовательностью их (каталитической) субъединицы, а также их каталитической способностью. [4]

Токсин холеры [ править ]

Основные статьи: холерный токсин и семейство термолабильных энтеротоксинов

Это семейство также известно как Ct или Ctx, а также включает термолабильный энтеротоксин , известный как LT. [5] Открытие токсина холеры многие приписывают доктору Самбху Натху Де . Он проводил свои исследования в Калькутте (ныне Калькутта ), сделав свое открытие в 1959 году, хотя он был впервые очищен Робертом Кохом в 1883 году. Токсин холеры состоит из белкового комплекса, который секретируется бактерией Vibrio cholerae . [6] Некоторые симптомы этого токсина включают хроническую и широко распространенную водянистую диарею и обезвоживание, которое в некоторых случаях приводит к смерти.

Токсин коклюша [ править ]

Основная статья: токсин коклюша

Это семейство также известно как Ptx и содержит токсин, вызывающий коклюш . Токсин коклюша секретируется грамотрицательной бактерии , Bordetella коклюша . Коклюш очень заразен, и, несмотря на вакцинацию, число случаев заболевания в США медленно растет. [7] Симптомы включают приступообразный кашель с коклюшем и даже рвоту. [8] Бактерия Bordetella pertussis была впервые идентифицирована как причина коклюша и изолирована Жюлем Борде и Октавом Дженгу во Франции в 1900 году. [9] Токсин имеет тот же механизм, что и холерный токсин. [5]

Токсин ArtAB Salmonella enterica имеет компоненты, аналогичные компонентам двух разных семейств: субъединица ArtA ( Q404H4 ) гомологична коклюшному токсину A, а субъединица ArtB ( Q404H3 ) гомологична subB, а также белкам, обнаруженным в других штаммах Salmonella . Согласно правилу категоризации по A, это токсин семейства Ptx. [10] [4]

Токсин шига [ править ]

Основная статья: Токсин Шига

Токсин шига, также известный как Stx, представляет собой токсин, вырабатываемый палочками Shigella dysenteriae и Escherichia coli (STEC). Еда и напитки, загрязненные этими бактериями, являются источником инфекции и способом распространения этого токсина. [11] Симптомы включают боль в животе, а также водянистую диарею. Для тяжелых опасных для жизни случаев характерен геморрагический колит (ГК). [12] Открытие токсина шига приписывают доктору Киёси Шига в 1898 году.

Цитотоксин субтилазы [ править ]

Основные статьи: Субтилаза и цитотоксичность

Это семейство также известно как SubAB [4] и было обнаружено в 1990-х годах. [13] Он продуцируется штаммами STEC, которые не имеют локуса сглаживания энтероцитов (LEE), [14] и, как известно, вызывают гемолитико-уремический синдром (HUS). Он называется субтилазным цитотоксином, потому что его последовательность А-субъединицы подобна последовательности субтилазоподобной сериновой протеазы у Bacillus anthracis . Некоторые симптомы , вызванные этим токсином являются снижение тромбоцитов подсчета в крови или тромбоцитопения , увеличение лейкоцитов подсчета или лейкоцитоз и почек повреждения клеток.[15]

Субъединица цитотоксина А субтилазы (subA, Q6EZC2 ) представляет собой протеазу, которая, как известно, расщепляет связывающий белок иммуноглобулина (BiP), что приводит к стрессу эндоплазматического ретикулума и гибели клеток. Субъединицы B (subB, Q6EZC3 ) связываются с гликанами N-гликолилнейраминовой кислоты (Neu5Gc) на клетках с высоким сродством. [16] Просто subB достаточно, чтобы вызвать вакуолизацию клеток веро. [17] Neu5GC не производится людьми, но попадает в слизистую оболочку кишечника человека из пищевых источников, таких как красное мясо и молочные продукты, которые также часто являются источниками инфекций STEC. [18]

Структура [ править ]

Полный токсиновый комплекс AB5 содержит шесть белковых единиц. Пять единиц подобны или идентичны по структуре, и они составляют субъединицу B. Последняя белковая единица уникальна и известна как субъединица A.

Общая диаграмма A-субъединицы токсина AB5 с дисульфидной связью.
Ленточная диаграмма B-субъединицы холерного токсина.

Подразделение [ править ]

Субъединица A токсина AB5 является частью, ответственной за катализ конкретных мишеней. Для Шига токсина семьи, субъединица хостов Трипсина , чувствительная область , которая выдает два фрагментированных домены при расщеплении. Этот регион еще не подтвержден для других семейств токсинов AB5. [2] Как правило, два домена субъединицы A, названные A1 и A2, связаны дисульфидной связью . Домен A1 (приблизительно 22 кДа в токсине холеры или термолабильных энтеротоксинах) является частью токсина, ответственной за его токсические эффекты. Домен A2 (приблизительно 5 кДа в токсине холеры или термолабильном энтеротоксине) обеспечивает нековалентную связь с субъединицей B через центральную пору субъединицы B. [5]Цепь A1 холерного токсина катализирует перенос ADP-рибозы от никотинамидадениндинуклеотида (NAD) к аргинину или другим соединениям гуанидина за счет использования факторов ADP-рибозилирования (ARF). В отсутствие аргинина или простых гуанидиносоединений токсин-опосредованная активность НАД + нуклеозидазы (НАДаза) протекает с использованием воды в качестве нуклеофила . [19]

Подразделение B [ править ]

Субъединицы B образуют пятичленное или пентамерное кольцо, в которое входит и удерживается один конец субъединицы A. Это кольцо субъединицы B также способно связываться с рецептором , обычно гликопротеином или гликолипидом [5] на поверхности клетки-хозяина. [20] Без субъединиц B субъединица A не имеет возможности присоединиться к клетке или проникнуть в нее и, следовательно, не имеет возможности оказывать свое токсическое действие. Токсин холеры, токсин шига и токсин SubAB - все они имеют субъединицы B, которые состоят из пяти идентичных белковых компонентов, что означает, что их субъединицы B являются гомопентамерами. Токсин коклюша отличается тем, что его пентамерное кольцо состоит из четырех различных белковых компонентов, где один из компонентов повторяется с образованием гетеропентамера. [5]

Механизмы [ править ]

Токсин холеры, токсин коклюша и токсин шига имеют свои мишени в цитозоле клетки. После того, как их субъединица B связывается с рецепторами на поверхности клетки, токсин окутывается клеткой и транспортируется внутрь посредством клатрин-зависимого эндоцитоза или клатрин-независимого эндоцитоза . [21]

Механизм путей для четырех токсинов AB5: токсина холеры, токсина коклюша, токсина шига и цитотоксина субтилазы.

Для токсина холеры основным рецептором гликолипида для токсина холеры является ганглиозид GM1 . [20] После эндоцитоза в аппарат Гольджи токсин перенаправляется в эндоплазматический ретикулум . [5] Для того, чтобы субъединица A достигла своей цели, дисульфидная связь между доменами A1 и A2 должна быть разорвана. Этот разрыв катализируется протеин-дисульфид-изомеразой [22] , находящейся в эндоплазматическом ретикулуме. После разделения домен A1 разворачивается и перенаправляется обратно в цитозоль, где он повторно складывается [5] и катализирует ADP-рибозилирование определенного G-белка.альфа-субъединицы. При этом нисходящие эффекты пути передачи сигнала G-белка нарушаются [4] за счет активации аденилатциклазы . [20] Это вызывает более высокую концентрацию цАМФ в клетке, что нарушает регуляцию механизмов транспорта ионов. [5]

Токсин коклюша не имеет специфического рецептора и связывается с сиалированными гликопротеинами . [13] После эндоцитоза механизм действия токсина коклюша такой же, как и у токсина холеры.

Основным рецептором токсина шига является глоботриаозилцерамид или Gb3. [23] Токсин шига также попадает в аппарат Гольджи, а затем направляется в эндоплазматический ретикулум, где PDI расщепляет дисульфидную связь. Субъединица A токсина шига затем возвращается в цитозоль и ингибирует синтез эукариотического белка с помощью своей РНК-N-гликозидазной активности [4] , расщепляя специфическое адениновое основание на 28S рибосомной РНК [5], что в конечном итоге вызывает гибель клеток.

Мишень SubAB находится в эндоплазматическом ретикулуме клетки и попадает в клетку посредством клатрин-опосредованного эндоцитоза . [20] Гликановый рецептор для SubAB обычно заканчивается α2-3-связанной N-гликолилнейраминовой кислотой (Neu5Gc). [13] SubAB имеет субъединицу A, где он действует как сериновая протеаза и расщепляет Bip / GRP78 , шаперон эндоплазматического ретикулума . [4] Расщепление этого шаперона вызывает клеточный стресс из-за ингибирования белка [14] и, как следствие, гибель клетки. [5]

Медицинское использование [ править ]

Лечение рака [ править ]

Субъединицы B токсинов AB5 обладают сродством к связыванию гликана, которым, по-видимому, обладают некоторые опухоли, что делает их легкой мишенью. Одним из примеров является StxB, который специфически связывается с CD77 (Gb3), который проявляет экспрессию на поверхности раковых клеток, таких как толстая кишка, поджелудочная железа, грудь и многие другие. Как только StxB нацелен на злокачественную клетку, он доставляет субъединицу A токсина, которая в конечном итоге убивает злокачественную клетку. [5]

Воспроизвести медиа
Формирование микроколонии Helicobacter pylori в желудке

Еще один метод заключается в использовании препаратов, вызывающих стресс ER, которые были протестированы на мышах и показали положительные синергические реакции. Это достигается за счет слияния эпидермального фактора роста (EGF) с субъединицей A SubAB. В этом случае раковые клетки, которые экспрессируют рецепторы EGF, будут испытывать токсичность SubAB. [24]

Вакцины [ править ]

Другое применение токсинов AB5 - использование членов семейства LT в качестве адъювантов . Это позволяет токсину стимулировать иммунологические реакции, такие как IgG2a, IgA и Th17, для борьбы, например, с желудочной инфекцией Helicobacter pylori при введении вакцины . [25] [26]

Помимо того, что некоторые из этих токсинов AB5 используются для создания вакцин для предотвращения бактериальной инфекции, они также исследуются для работы в качестве конъюгата для предотвращения вирусных инфекций. Например, системная иммунизация вместе с совместной интраназальной доставкой конъюгированной вакцины вирус-холерный токсин вызвала вирус-специфический ответ антител и показала некоторую степень защиты верхних дыхательных путей от вируса Сендай . [27]

Последние области исследований [ править ]

Новые достижения в биотехнологических экспериментальных методах, такие как использование микроскопии с освещением в плоскости пучка Бесселя и сенсорных молекул на основе FRET , могут лучше продемонстрировать динамические структуры щелевых пластин. В этих экспериментах можно использовать различные типы токсинов AB5 для индукции быстрого образования tCDR в клетках E.Coli. Затем ответ может быть записан с использованием флуктуаций концентрации цАМФ в клетках, связанных щелевым соединением, с использованием сенсорных конструкций на основе FRET. Исследования показывают, что CDR могут быть связаны с быстрой перестройкой липидов и белка в коннексине.каналы в пластинах щелевого соединения. Это также может помочь нам понять сигнальный каскад, который следует за потерей клетками K + при воздействии бактериальной инфекции. [28] [29]

Было замечено, что токсин SubAB демонстрирует специфичность к связывающему белку BiP . Эта характеристика была использована для изучения роли самого клеточного BiP, наряду с деградацией, связанной с эндоплазматическим ретикулумом, в стрессированных клетках HeLa . [5]

См. Также [ править ]

  • Биохимия токсинов AB5
  • Холерный токсин
  • Токсин коклюша
  • Шига токсин
  • Subtilase

Ссылки [ править ]

  1. ^ Le Nours, J .; Патон, А.В.; Byres, E .; Troy, S .; Хердман, ВР; Джонсон, доктор медицины; Патон, JC; Rossjohn, J .; Беддо, Т. (6 августа 2013 г.). «Структурная основа сборки Subtilase Cytotoxin SubAB» . Журнал биологической химии . 288 (38): 27505–27516. DOI : 10.1074 / jbc.M113.462622 . PMC  3779744 . PMID  23921389 .
  2. ^ а б Миддлбрук, JL; Дорланд, РБ (сентябрь 1984 г.). «Бактериальные токсины: клеточные механизмы действия» . Микробиологические обзоры . 48 (3): 199–221. PMC 373009 . PMID 6436655 .  
  3. ^ Locht, C; Антуан, Р. (1995). «Предлагаемый механизм ADP-рибозилирования, катализируемого субъединицей S1 токсина коклюша». Биохимия . 77 (5): 333–40. DOI : 10.1016 / 0300-9084 (96) 88143-0 . PMID 8527486 . 
  4. ^ Б с д е е Ван, Н; Патон, JC; Хердман, ВР; Роджерс, Т.Дж.; Беддо, Т; Патон, А.В. (март 2013 г.). «Субъединица B токсина AB5, продуцируемая Salmonella enterica serovar Typhi, активирует хемокины, цитокины и молекулы адгезии в линиях клеток макрофагов, эпителия толстой кишки и эндотелиальных клеток микрососудов мозга человека» . Инфекция и иммунитет . 81 (3): 673–83. DOI : 10.1128 / IAI.01043-12 . PMC 3584882 . PMID 23250951 .  
  5. ^ Б с д е е г ч я J K L Beddoe, Трэвис; Paton, Adrienne W .; Ле Нур, Жером; Россджон, Джейми; Патон, Джеймс С. (июль 2010 г.). «Структура, биологические функции и применение токсинов AB5» . Направления биохимических наук . 35 (7): 411–418. DOI : 10.1016 / j.tibs.2010.02.003 . PMC 2929601 . PMID 20202851 .  
  6. ^ Бхарати, K; Гангулы, Н.К. (2011). «Холерный токсин: парадигма многофункционального белка» . Индийский журнал медицинских исследований . 133 (2): 179–187. PMC 3089049 . PMID 21415492 .  
  7. ^ Миллен, SH; Шнайдер, OD; Миллер, МЫ; Монако, JJ; Вайс, AA (2013). «Пентамер коклюшного токсина опосредует межклеточный перенос мембранных белков и липидов» . PLoS ONE . 8 (9): e72885. Bibcode : 2013PLoSO ... 872885M . DOI : 10.1371 / journal.pone.0072885 . PMC 3760862 . PMID 24019885 .  
  8. ^ Карбонетти, NH (2010). «Токсин коклюша и токсин аденилатциклазы: ключевые факторы вирулентности Bordetella pertussis и инструменты клеточной биологии» . Будущая микробиология . 5 (3): 455–469. DOI : 10.2217 / fmb.09.133 . PMC 2851156 . PMID 20210554 .  
  9. ^ Guiso Н. 2009.Bordetella коклюша и вакцины коклюша. Clin. Заразить. Дис . 49: 1565–1569
  10. ^ "1.C.72 Семейство токсинов коклюша (PTX)" . TCDB . Проверено 21 марта 2019 .
  11. ^ Faruque, SM; Чоудхури, Нью-Йорк; Хан, Р; Хасан, MR; Нахар, Дж; Ислам, MJ; Ямасаки, S; Ghosh, AN; Наир, Великобритания; Мешок, Д.А. (2003). «Бактериофаг, специфичный для Shigella dysenteriae типа 1, из природных вод в Бангладеш» . Прикладная и экологическая микробиология . 69 (12): 7028–7031. DOI : 10,1128 / AEM.69.12.7028-7031.2003 . PMC 310026 . PMID 14660345 .  
  12. ^ Beutin, L; Мико, А; Краузе, G; Прайс, К; Haby, S; Стидж, К; Альбрехт, Н. (2007). «Идентификация патогенных для человека штаммов Escherichia coli, продуцирующих токсин шига из пищи, путем сочетания серотипирования и молекулярного типирования генов токсина шига» . Прикладная и экологическая микробиология . 73 (15): 4769–75. DOI : 10,1128 / AEM.00873-07 . PMC 1951031 . PMID 17557838 .  
  13. ^ a b c Патон, А. В.; Патон, JC (1 февраля 2010 г.). «Цитотоксин субтилазы Escherichia coli» . Токсины . 2 (2): 215–228. DOI : 10,3390 / toxins2020215 . PMC 2943149 . PMID 20871837 .  
  14. ^ a b Michelacci, V .; Tozzoli, R .; Caprioli, A .; Martínez, R .; Scheutz, F .; Grande, L .; Sánchez, S .; Morabito, S .; Аллербергер, Ф. (2013). «Новый островок патогенности, несущий аллельный вариант цитотоксина Subtilase, является обычным среди продуцентов токсина Shiga человеческого и овечьего происхождения» . Клиническая микробиология и инфекции . 19 (3): E149 – E156. DOI : 10.1111 / 1469-0691.12122 . PMID 23331629 . 
  15. ^ Ван, Хуэй; Патон, Джеймс С .; Патон, Эдриен В. (октябрь 2007 г.). «Патологические изменения у мышей, вызванные цитотоксином субтилазы, новым мощным токсином AB, который нацелен на эндоплазматический ретикулум» . Журнал инфекционных болезней . 196 (7): 1093–1101. DOI : 10.1086 / 521364 . PMID 17763334 . 
  16. ^ Патон, AW; Патон, JC (1 февраля 2010 г.). «Цитотоксин субтилазы Escherichia coli» . Токсины . 2 (2): 215–228. DOI : 10,3390 / toxins2020215 . PMC 2943149 . PMID 20871837 .  
  17. ^ Моринага, N; Яхиро, К; Мацуура, G; Ватанабэ, М. Nomura, F; Мосс, Дж; Нода, М. (январь 2007 г.). «Две различные цитотоксические активности цитотоксина субтилазы, продуцируемого shiga-toxigenic Escherichia coli» . Инфекция и иммунитет . 75 (1): 488–96. DOI : 10.1128 / IAI.01336-06 . PMC 1828409 . PMID 17101670 .  
  18. ^ Байрс, E; Патон, А.В.; Патон, JC; Löfling, JC; Смит, Д. Ф.; Wilce, MC; Talbot, UM; Чонг, округ Колумбия; Yu, H; Хуанг, S; Чен, X; Варки, НМ; Варки, А; Rossjohn, J; Беддо, Т. (4 декабря 2008 г.). «Включение нечеловеческого гликана опосредует восприимчивость человека к бактериальному токсину» . Природа . 456 (7222): 648–52. Bibcode : 2008Natur.456..648B . DOI : 10,1038 / природа07428 . PMC 2723748 . PMID 18971931 .  
  19. ^ Gutkind, отредактированный Тореном Финкелем, Дж. Сильвио (2003). Передача сигналов и болезни человека . Хобокен, Нью-Джерси: Джон Уайли и сыновья. ISBN 0471448370.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
  20. ^ а б в г Ленсер В., Сасловски Д. (2005). «Плотный трафик бактериальных токсинов субъединицы AB5». Biochim Biophys Acta . 1746 (3): 314–21. DOI : 10.1016 / j.bbamcr.2005.07.007 . PMID 16153723 . 
  21. ^ Смит, Ричард Д .; Уиллетт, Роуз; Кудлык, Татьяна; Покровская, Ирина; Paton, Adrienne W .; Патон, Джеймс С .; Лупашин, Владимир В. (октябрь 2009 г.). «Комплекс COG, Rab6 и COPI определяют новый ретроградный путь торговли людьми по Гольджи, который используется токсином SubAB» . Трафик . 10 (10): 1502–1517. DOI : 10.1111 / j.1600-0854.2009.00965.x . PMC 2756830 . PMID 19678899 .  
  22. ^ Teter, Кен (10 декабря 2013). «Нестабильность токсина и ее роль в транслокации токсина из эндоплазматической сети в цитозоль» . Биомолекулы . 3 (4): 997–1029. DOI : 10.3390 / biom3040997 . PMC 4030972 . PMID 24970201 .   (PDI)
  23. ↑ Thorpe, CM (1 мая 2004 г.). «Токсин шига - вызывает инфекцию Escherichia coli» . Клинические инфекционные болезни . 38 (9): 1298–1303. DOI : 10.1086 / 383473 . PMID 15127344 . 
  24. ^ Бэкер, JM; Кривошеин, А.В. Hamby, CV; Пиццония, Дж; Гилберт, KS; Рэй, Ю.С.; Марка, H; Патон, А.В.; Патон, JC; Бэкер, М.В. (ноябрь 2009 г.). «Цитотоксин, нацеленный на шаперон, и лекарство, вызывающее стресс в эндоплазматическом ретикулуме, действуют синергетически, убивая раковые клетки» . Неоплазия . 11 (11): 1165–73. DOI : 10.1593 / neo.09878 . PMC 2767218 . PMID 19881952 .  
  25. ^ Нортон, ЭБ; Лоусон, LB; Mahdi, Z .; Freytag, LC; Клементс, Дж. Д. (23 апреля 2012 г.). «Субъединица A термолабильного энтеротоксина Escherichia coli действует как адъювант слизистой оболочки и способствует ответам IgG2a, IgA и Th17 на вакцинные антигены» . Инфекция и иммунитет . 80 (7): 2426–2435. DOI : 10.1128 / IAI.00181-12 . PMC 3416479 . PMID 22526674 .  
  26. ^ Weltzin, R; Гай, Б; Томас В.Д., младший; Giannasca, PJ; Monath, TP (май 2000 г.). «Парентеральная адъювантная активность термолабильного токсина Escherichia coli и его субъединицы B для иммунизации мышей против инфекции Helicobacter pylori желудка» . Инфекция и иммунитет . 68 (5): 2775–82. DOI : 10.1128 / iai.68.5.2775-2782.2000 . PMC 97487 . PMID 10768972 .  
  27. ^ Лян, XP; Ламм, Мэн; Недруд, Дж. Г. (1 сентября 1988 г.). «Пероральное введение конъюгата токсин холеры и вируса Сендай усиливает иммунитет кишечника и респираторный иммунитет против вируса Сендай». Журнал иммунологии . 141 (5): 1495–501. PMID 2842395 . 
  28. ^ Маджуль, IV; Gao, L; Betzig, E; Onichtchouk, D; Буткевич, Э; Козлов, Я; Букаускас, Ф; Беннетт, М.В.; Липпинкотт-Шварц, Дж; Дуден, Р. (29 октября 2013 г.). «Быстрые структурные ответы мембранных доменов щелевого соединения на токсины AB5» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 110 (44): E4125–33. Bibcode : 2013PNAS..110E4125M . DOI : 10.1073 / pnas.1315850110 . PMC 3816413 . PMID 24133139 .  
  29. ^ Börner, S; Schwede, F; Шлипп, А; Бериша, Ф; Калебиро, Д; Lohse, MJ; Николаев, В.О. (апр 2011). «Измерения FRET внутриклеточных концентраций цАМФ и проницаемости аналога цАМФ в интактных клетках». Протоколы природы . 6 (4): 427–38. DOI : 10.1038 / nprot.2010.198 . PMID 21412271 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Бактериальные токсины AB5
  • Хелд, Пол. «Введение в технологию флуоресцентной резонансной передачи энергии (FRET) и ее применение в биологических науках» . BioTek Instruments, Inc.

Примеры [ править ]