Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Механизм холерного токсина

Токсин холеры (также известный как холераген и иногда сокращенно CTX , Ctx или CT ) представляет собой мультимерный белковый комплекс AB5, секретируемый бактерией Vibrio cholerae . [1] [2] CTX вызывает массивную водянистую диарею, характерную для холерной инфекции. [3] Это член семейства термолабильных энтеротоксинов .

История [ править ]

Токсин холеры был открыт в 1959 году индийским микробиологом Самбху Натх Де . [4]

Структура [ править ]

Пентамер холерного токсина B, Vibrio cholerae.

Полный токсин представляет собой гексамер, состоящий из одной копии субъединицы A (часть A, ферментативная, P01555 ) и пяти копий субъединицы B (часть B, связывание с рецептором, P01556 ), обозначенных как AB 5 . Субъединица B связывается, а субъединица A активирует G-белок, который активирует аденилатциклазу . Трехмерная структура токсина была определена с помощью рентгеновской кристаллографии Zhang et al. в 1995 г. [5]

Пять субъединиц B - каждая весом 11 кДа , образуют пятичленное кольцо. Субъединица A, имеющая 28 кДа, имеет два важных сегмента. Часть A1 цепи (CTA1) представляет собой глобулярную ферментную нагрузку, которая ADP-рибозилирует G-белки , в то время как цепь A2 (CTA2) образует удлиненную альфа-спираль, которая плотно сидит в центральной поре кольца субъединицы B. [6]

Эта структура похожа по форме, механизму и последовательности на термолабильный энтеротоксин, секретируемый некоторыми штаммами бактерии Escherichia coli .

Патогенез [ править ]

Токсин холеры действует по следующему механизму: во-первых, кольцо субъединицы B холерного токсина связывается с ганглиозидами GM1 на поверхности клеток-мишеней. Если в клетке отсутствует GM1, токсин, скорее всего, связывается с другими типами гликанов, такими как Lewis Y и Lewis X, прикрепленными к белкам вместо липидов. [7] [8] [9] После связывания весь токсиновый комплекс подвергается эндоцитозу в клетке, и цепь холерного токсина A1 (CTA1) высвобождается за счет восстановления дисульфидного мостика . Эндосома перемещается в аппарат Гольджи, где белок A1 распознается шапероном эндоплазматического ретикулума, протеин-дисульфид-изомеразой . Затем цепь A1 разворачивается и доставляется к мембране, гдеEro1 запускает высвобождение белка A1 за счет окисления протеин-дисульфидизомеразного комплекса. [10] По мере того, как белок A1 перемещается из ER в цитоплазму по каналу Sec61, он повторно складывается и избегает дезактивации в результате убиквитинирования.

Затем CTA1 может свободно связываться с человеческим белком-партнером, называемым фактором ADP-рибозилирования 6 (Arf6); Связывание с Arf6 приводит к изменению формы CTA1, который обнажает его активный центр и обеспечивает его каталитическую активность. [11] СТА1 фрагмент катализирует АДФ-рибозилирование из альфа - субъединицы Gs (Gα ы ) белков с использованием NAD . ADP-рибозилирование заставляет субъединицу Gα s терять свою каталитическую активность гидролиза GTP до GDP + P i , таким образом поддерживая Gα s в активированном состоянии. Увеличение Gα сек приводит к увеличению активации аденилатциклазыактивность, которая увеличивает внутриклеточную концентрацию 3 ', 5'-циклического АМФ (цАМФ) более чем в 100 раз по сравнению с нормой и чрезмерно активирует цитозольную ПКА . Эти активные PKA затем фосфорилируют белки хлоридных каналов регулятора трансмембранной проводимости муковисцидоза (CFTR), что приводит к АТФ-опосредованному оттоку хлорид- ионов и к секреции H 2 O , Na + , K + и HCO 3 - в кишечник. просвет . Кроме того, вход Na +и, следовательно, поступление воды в энтероциты уменьшается. Комбинированные эффекты приводят к быстрой потере жидкости из кишечника, до 2 литров в час, что приводит к сильному обезвоживанию и другим факторам, связанным с холерой, включая стул с рисовой водой. [12]

Токсин коклюша (также АВ 5 белок) получают путем Bordetella коклюша действует таким же образом , за исключением того, что АДФ-ribosylates Gα я субъединица , делая его неспособным ингибировать продукцию цАМФ. [13]

Происхождение [ править ]

Ген, кодирующий токсин холеры, вводится в V. cholerae путем горизонтального переноса гена . Вирулентные штаммы V. cholerae содержат вирус, известный как бактериофаг CTXφ . [14]

Приложения [ править ]

Поскольку субъединица B относительно нетоксична, исследователи нашли для нее ряд применений в клеточной и молекулярной биологии. Он обычно используется в качестве нейронного индикатора . [15]

Обработка культивируемых нейральных стволовых клеток грызунов токсином холеры вызывает изменения в локализации фактора транскрипции Hes3 и увеличивает их количество. [16]

Ганглиозиды GM1 обнаруживаются в липидных рафтах на поверхности клетки. Комплексы субъединиц B, меченные флуоресцентными метками или впоследствии нацеленные антителами, могут быть использованы для идентификации рафтов.

См. Также [ править ]

  • Энтеротоксин
  • Ганглиозид

Ссылки [ править ]

  1. ^ Райан KJ; Рэй CG, ред. (2004). Шеррис Медицинская микробиология (4-е изд.). Макгроу Хилл. п. 375. ISBN 978-0-8385-8529-0.
  2. ^ Faruque SM; Наир ГБ, ред. (2008). Vibrio cholerae: геномика и молекулярная биология . Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-33-2.
  3. ^ Aizpurua-Olaizola, Oier; Састре Торано, Хавьер; Пукин, Алексей; Фу, Оу; Бунс, Герт Ян; де Йонг, Герхардус Дж .; Питерс, Роланд Дж. (2018). «Аффинный капиллярный электрофорез для оценки аффинности связывания ингибиторов холерного токсина на основе углеводов». Электрофорез . 39 (2): 344–347. DOI : 10.1002 / elps.201700207 . ISSN 1522-2683 . PMID 28905402 .  
  4. ^ Де, С. Н., Саркар, Дж. К., Трибеди, Б. П. Экспериментальное исследование действия токсина холеры. J. Pathol. Бактериол. 63: 707–717, 1951.
  5. Перейти ↑ Zhang R, Scott D, Westbrook M, Nance S, Spangler B, Shipley G, Westbrook E (1995). «Трехмерная кристаллическая структура токсина холеры» . J Mol Biol . 251 (4): 563–73. DOI : 10.1006 / jmbi.1995.0456 . PMID 7658473 . 
  6. Перейти ↑ De Haan L, Hirst TR (2004). «Холерный токсин: парадигма многофункционального взаимодействия клеточных механизмов (Обзор)». Мол. Membr. Биол . 21 (2): 77–92. DOI : 10.1080 / 09687680410001663267 . PMID 15204437 . 
  7. ^ Amberlyn M Wands; Акико Фудзита (октябрь 2015 г.). «Фукозилирование и гликозилирование белков создают функциональные рецепторы холерного токсина» . eLife . DOI : 10.7554 / eLife.09545 .
  8. ^ Cervin J, Wands AM, Casselbrant A, Wu H, Krishnamurthy S, Cvjetkovic A и др. (2018) Ганглиозид-независимая интоксикация GM1 токсином холеры. PLoS Pathog 14 (2): e1006862. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1006862
  9. ^ Фукозилированные молекулы конкурентно препятствуют связыванию холерного токсина с клетками-хозяевами; Эмберлин М. Вандс, Якоб Червин, Хе Хуанг, Е Чжан, Гюсаанг Юн, Чад А. Браутигам, Мария Матсон Дзебо, Пер Бьерклунд, Вилле Валлениус, Даниэль К. Брайт, Клей С. Беннет, Пернилла Виттунг-Стафшеде, Николь С. Сэмпсон, Ульф Ирлид и Дженнифер Дж. Колер; Статья об инфекционных заболеваниях ACS как можно скорее, DOI: 10.1021 / acsinfecdis.7b00085
  10. ↑ Цай, Билли и Том А. Рапопорт. «Развернувшийся токсин холеры переносится на мембрану ER и высвобождается из дисульфид-изомеразы протеина при окислении Ero1». Журнал клеточной биологии 159.2 (2002): 207-216.
  11. ^ О'Нил С, М Джоблинг, Холмс R, Хол Вт (2005). «Структурная основа активации холерного токсина человеческим ARF6-GTP». Наука . 309 (5737): 1093–6. Bibcode : 2005Sci ... 309.1093O . DOI : 10.1126 / science.1113398 . PMID 16099990 . 
  12. ^ Хоакин Санчес; Ян Холмгрен (февраль 2011 г.). «Токсин холеры - враг и друг» (PDF) . Индийский журнал медицинских исследований . 133 . п. 158. Архивировано из оригинального (PDF) 03.02.2013 . Проверено 9 июня 2013 .
  13. ^ Бор, WF, и Boulpaep, EL (2009). Медицинская физиология: клеточный и молекулярный подход (2-е изд.). Филадельфия, Пенсильвания: Saunders / Elsevier.
  14. ^ Davis B, Вальдор M (2003). «Нитчатые фаги, связанные с вирулентностью холерного вибриона». Curr Opin Microbiol . 6 (1): 35–42. DOI : 10.1016 / S1369-5274 (02) 00005-X . PMID 12615217 . 
  15. ^ Пьер-Эрве Луппи. «Открытие холерного токсина как мощного нейроанатомического инструмента» . Проверено 23 марта 2011 .
  16. ^ Androutsellis-Теотокис A, Walbridge S, Парк DM, Lonser RR, Маккей RD (2010). «Токсин холеры регулирует сигнальный путь, критический для распространения культур нервных стволовых клеток из мозга плода и взрослого грызуна» . PLOS ONE . 5 (5): e10841. Bibcode : 2010PLoSO ... 510841A . DOI : 10.1371 / journal.pone.0010841 . PMC 2877108 . PMID 20520777 .  

1. De SN. Энтеротоксичность бактериального фильтрата культуры Vibrio cholerae. Природа. 1959; 183: 1533–4.

Внешние ссылки [ править ]

  • Макдауэл, Дженнифер (сентябрь 2005 г.). «Холерный токсин» . Белок месяца (POTM). Банк данных о белках в Европе (PDBe). Архивировано из оригинального 27 -го апреля 2019 года.
  • Гудселл, Дэвид (сентябрь 2005 г.). «Холерный токсин» . RCSB Protein Data Bank . Молекула месяца (МОТМ). Банк данных белков (PDB). DOI : 10.2210 / rcsb_pdb / mom_2005_9 . Архивировано 25 октября 2011 года.
  • Cholera + Toxin в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
  • Обзор всей структурной информации, доступной в PDB для UniProt : P01555 (субъединица A холерного энтеротоксина) в PDBe-KB .
  • Обзор всей структурной информации, доступной в PDB для UniProt : P01556 (субъединица B холерного энтеротоксина) в PDBe-KB .