Токсина RTX надсемейство представляет собой группу цитолизинов и цитотоксинам , производимых бактериями. [1] Известно более 1000 членов с множеством функций. [2] Семейство RTX определяется двумя общими чертами: характерными повторами в последовательностях токсиновых белков и внеклеточной секрецией системами секреции типа I (T1SS) . Название RTX (повторы в токсине) относится к богатым глицином и аспартатом повторам, расположенным на С-конце токсиновых белков, которые облегчают экспорт с помощью специального T1SS, кодируемого в опероне rtx . [3] [4]
Структура и функции
Белки RTX имеют размер от 40 до более 600 кДа и все содержат глицин, расположенный на С-конце, и богатые аспартатом повторяющиеся последовательности из девяти аминокислот . Повторы содержат общую структуру последовательности [GGXGXDX [L / I / V / W / Y / F] X] (где X представляет собой любую аминокислоту), но количество повторов варьируется в пределах членов семейства белков RTX. [5] Эти консенсусные области функционируют как сайты для связывания Ca 2+ , которые способствуют сворачиванию белка RTX после экспорта через АТФ- опосредованную систему секреции типа 1 (T1SS). Большинство белков T1SS кодируются в опероне rtx . Белки T1SS образуют непрерывный канал, охватывающий как внутреннюю мембрану (IM), так и внешнюю мембрану (OM) бактериальной клетки, предотвращая воздействие токсина RTX на периплазматическое пространство (между IM и OM). Компоненты системы секреции типа 1 включают: транспортер ABC (TC # 3.A.1), слитый с мембраной белок (MFP; TC # 8.A.1) и белок внешней мембраны (OMF; TC # 1.B. 17). OMF часто кодируется вне оперона rtx, поскольку он может выполнять несколько функций внутри ячейки. У Escherichia coli , Pasteurella haemolytica и Vibrio cholerae TolC функционирует как OMP в экспорте токсина T1SS RTX. В каждом случае ген tolC расположен вне оперона rtx и кодирует консервативный многофункциональный белок. Во время транспортировки T1SS распознает C-концевые повторы токсина RTX, и C-конец сначала передается по каналу. [3]
Общий кластер генов rtx кодирует три типа белков: токсин RTX, активирующую RTX ацилтрансферазу и белки T1SS. Токсин неактивен до посттрансляционной модификации цис-кодируемым активатором токсина RTX, что обычно происходит внутри клетки-мишени. Активирующая RTX ацилтрансфераза катализирует присоединение ацил-связанных жирных кислот к внутренним остаткам лизина внутри токсина RTX. Эта модификация требуется для всех токсинов RTX; однако его точная функция в отношении токсичности RTX не выяснена. Члены семейства токсинов RTX обладают большим набором функций и, как правило, множеством функциональных доменов. [3] Порообразование - единственная известная общая функция цитотоксинов RTX, и поры, как правило, являются катион-селективными, обеспечивая приток Ca 2+ в клетки-мишени. [6]
Члены суперсемейства RTX (RTX (TC # 1.C.11); HrpZ (TC # 1.C.56) и CCT (TC # 1.C.57)) содержат повторяющиеся последовательности, которые также встречаются в автотранспортерах (например, , 1.B.12.10.1 и 1.B.40.1.2), а также TolA (2.C.1.2.1). Эти домены, вероятно, опосредуют белок-белковые взаимодействия.
Семьи
База данных Транспортер классификация делит RTX-токсин надсемейство в 3 -х различных семейств гомологов на основе биоинформатики и филогенетический анализ: [7] [8]
- 1.C.11 - Семейство порообразующих токсинов RTX (RTX-токсинов)
- 1.C.56 - Семейство катионных каналов HrpZ Pseudomanas syringae (HrpZ)
- 1.C.57 - Семейство клостридиальных цитотоксинов (CCT)
Изначально токсины RTX подразделялись на гемолизины и лейкотоксины . [1] Однако доказательства показали лейкотоксическую активность гемолизинов, что привело к переклассификации подгрупп токсинов RTX на два семейства: порообразующие лейкотоксины (семейство RTX-токсинов , 1.C.11.1.1 ) и токсины MARTX ( семейство CCT). , 1.C.57.3.4 ) (многофункциональная автообработка RTX-токсинов). Токсины MARTX намного крупнее токсинов RTX и экспортируются модифицированными системами секреции типа 1, содержащими дополнительный ABC-транспортер . [3] [9]
Семейство порообразующих токсинов RTX (RTX-токсинов)
Семейство RTX-токсинов ( TC # 1.C.11 ) (подсемейство суперсемейства RTX-токсинов) представляет собой большое семейство мультидоменных грамотрицательных бактериальных порообразующих экзотоксинов. Они выделяются бактериями и после обработки вставляются в мембраны клеток животных. Они оказывают как типовые, так и видоспецифические эффекты (например, лейкотоксин M. haemolytica взаимодействует только с альвеолярными макрофагами, нейтрофилами и лимфоцитами жвачных животных и, как полагают, способствует размножению бактерий, убивая или выводя из строя эти клетки). [10] Эти токсины распознают белковые рецепторы, такие как β 2 -интегрины, образуют поры при высоких концентрациях и вызывают разрыв клеток по механизмам, которые не совсем понятны. Считается, что в формировании пор участвуют три трансмембранных домена, которые в белке HlyA E. coli ( TC # 1.C.11.1.3 ) находятся в остатках 299-319, 361-381 и 383-403. Однако при низких сублитических концентрациях лейкотоксин (TC # 1.C.11.1.1 ) вызывает активацию нейтрофилов , выработку воспалительных цитокинов, дегрануляцию, образование свободных радикалов, полученных из кислорода, и морфологические изменения, соответствующие апоптозу .
С-концевой домен токсина аденилатциклазы (ACT или CyaA; TC # 1.C.11.1.4 ) Bordetella pertussis образует небольшой катион-селективный канал, нарушающий барьер проницаемости. Этот канал, вероятно, не доставляет N-концевую аденилатциклазу в цитоплазму клетки-хозяина. Однако мутации в остатках амфипатической α-спирали (Glu509 и Glu516) в порообразующем домене блокируют транслокацию аденилатциклазы и также модулируют катионную селективность мембранного канала, поскольку для транслокационной и порообразующей активности используются одни и те же структурные элементы. молекулы токсина альтернативным и взаимно независимым способом. [11] ACT использует рецептор интегрина бета2 CD11b / CD18 (рецептор комплемента 3) на миелоидных фагоцитарных клетках [12], но с низкой эффективностью он может проникать также в клетки, лишенные этого рецептора, или вставлять в липосомы. Фосфатидилэтаноламин и холестерин стимулируют введение АКТ. ACT также способствует липидному флип-флопу, предполагая, что ACT образует транс-бислойные неламеллярные липидные структуры, когда он вставляется в мембрану. [13] CyaA может образовывать два разных типа пористых структур в зависимости от ориентации мембранного потенциала и pH. [14]
Транспортная реакция
Обобщенная транспортная реакция, предложенная для членов семейства RTX-токсинов, следующая: [8]
- маленькие молекулы (вход) → маленькие молекулы (выход).
Примеры
Токсины RTX производятся различными грамотрицательными бактериями. Продукция токсина RTX и гены rtx были обнаружены у многих родов бактерий, включая Escherichia , Proteus и Bordetella . Члены семейства Pasteurellaceae также производят токсины RTX. [15] Род Vibrio , который включает V. cholerae и V. vulnificus , продуцирует токсины MARTX, еще один класс белков RTX. [3]
При кишечной палочке
Токсины RTX были обнаружены во многих штаммах патогенной кишечной палочки . Прототипическая токсина RTX, α-гемолизин (HlyA; ТК # 1.C.11.1.3 ), является общим фактором вирулентности в уропатогенных кишечной палочки (УПЭК) , основной причиной инфекций мочевых путей . Оперон hly кодирует токсин RTX (HlyA), белок активации HlyA HlyC ( ацилтрансфераза ; TC № 9.A.40.1.1 ) и два белка механизма T1SS . Hyl T1SS включает в себя транспортер ABC HlyB ( TC № 3.A.1.109.1 ), слитый с мембраной белок HlyD (TC № 8.A.1.3.1 ) и белок внешней мембраны TolC ( TC № 1.B. 17.1.1 ). В то время как гены hlyB и hlyD расположены внутри оперона hly, TolC является многофункциональным белком, кодируемым вне оперона hly. [3]
Энтерогеморрагическая кишечная палочка (EHEC) также продуцирует токсин RTX. EHEC гемолизин (EHEC-Hly) был обнаружен в EHEC серотипа O157: H7. Оперон EHEC-Hly содержит четыре гомолога E. coli hly : EHEC-hlyA, EHEC-hlyC, EHEC-hlyB и EHEC-hlyD. Токсины шига (Stx) являются основными факторами вирулентности энтерогеморрагической E. coli, но EHEC продуцирует несколько других факторов вирулентности, способных повредить эндотелий сосудов при инфекциях EHEC. EHEC-Hly экспрессируется в многочисленных серогруппах EHEC, которые, как известно, вызывают тяжелые инфекции у людей. EHEC-Hly транспортируется в везикулах наружной мембраны (OMV), секретируемых EHEC, in vitro . Этот вид транспорта увеличивает вирулентность, помогая доставке EHEC-Hly к клеткам-мишеням. [16]
При холерном вибрионе
Токсины RTX в бактериях Vibrio представляют собой раннее открытие в исследованиях токсинов RTX, но только недавно было обнаружено, что они принадлежат к отдельному классу токсинов RTX, называемых токсинами MARTX. В холерного вибриона martx ген кодирует шесть белков: токсин MARTX (RtxA), AN - ацилтрансферазы (RtxC), мембранный белок слияния (RtxD), два ABC-переносчиков (RtxB и RtxE), а также один белок с неизвестной функцией. [3] RtxA является фактором вирулентности, участвующим в холере, который способствует колонизации V. cholerae тонкой кишки. RtxA вызывает разрушение актинового цитоскелета в клетках-хозяевах посредством модификации G-актина и разрушения Rho GTPases. Токсин содержит четыре функциональных домена: домен сшивки актина (ACD), Rho-инактивирующий домен (RID), домен цистеиновой протеазы (CPD) и αβ-гидролазу. При инфекции V. cholerae CPD связывается с гексакисфосфатом инозита (InsP 6 , фитиновая кислота) внутри эукариотических клеток-хозяев. Это связывание активирует автопротеолитический CPD, который расщепляет белок MARTX на более мелкие независимые белки, каждый из которых содержит только один из эффекторных доменов ACD, RID и αβ-гидролазу. Это позволяет каждому эффектору действовать независимо внутри клетки-хозяина, это увеличивает эффекты RtxA, потому что ACD и RID функционируют в разных местах внутри клетки. ACD связывает мономерный G-актин в цитозоле клетки-хозяина, предотвращая образование актиновых микрофиламентов, основного компонента цитоскелета. RID инактивирует связанные с мембраной Rho-GTPases, которые являются регуляторами формирования цитоскелета. [17]
В Bordetella pertussis
Токсин аденилатциклазы (ACT или CyaA) является основным фактором вирулентности Bordetella pertussis . CyaA - это многофункциональный токсин семейства RTX, который нацелен на миелоидные фагоциты, нарушая врожденный иммунный ответ и способствуя колонизации B. pertussis . CyaA оперона кодирует пять белков CyaA (RTX токсин), CyaC (CyaA белок активации), и три T1SS белков: CyaB (БАТ транспортер) CyaD (мембранный слитый белок), и CyaE (внешний мембранный белок). Белок CyaA содержит домен аденилатциклазы (домен AC) и гемолитический / цитолитический домен. Гемолитическая функция формирует поры в клетках-мишенях, в то время как инвазивный в клетки AC домен перемещается через клеточную мембрану в клеточный цитозоль. CyaA связывает интегрин α M β 2 , внедряется в клеточную мембрану и открывает переходный путь для притока ионов Ca 2+ , которые активируют кальпаин. Это позволяет репозиционировать токсин CyaA внутри клеточной мембраны в мембранные микродомены, обогащенные холестерином (липидные рафты), и завершается транслокация домена AC через мембрану в цитозоль клетки. Когда домен AC интернализуется в цитозоль, он активируется связыванием кальмодулина и катализирует нерегулируемое превращение цитозольного АТФ в цАМФ, повышая его до цитотоксического уровня. [6]
Рекомендации
- ^ Б Лалли ET, Hill RB, Kieba ИК, Korostoff J (1999), "Взаимодействие между RTX токсинов и клеток - мишеней", Тенденции в микробиологии , 7 (9): 356-361, DOI : 10.1016 / S0966-842X ( 99) 01530-9 , PMID 10470043
- ^ Линхартова, Ирена; Бумба, Ладислав; Машин, Иржи; Баслер, Марек; Осичка, Радим; Каманова, Яна; Прохазкова, Катержина; Адкинс, Ирена; Гейнова-Голубова, Яна (01.11.2010). «Белки RTX: очень разнообразное семейство, секретируемое общим механизмом» . FEMS Microbiology Reviews . 34 (6): 1076–1112. DOI : 10.1111 / j.1574-6976.2010.00231.x . ISSN 1574-6976 . PMC 3034196 . PMID 20528947 .
- ^ Б с д е е г Линхартова И., Бумба Л., Машин Дж., Баслер М., Осичка Р., Каманова Дж., Прохазкова К., Адкинс И., Хейнова-Голубова Дж., Садилкова Л., Морова Дж., Себо П. (ноябрь 2010 г.). «Белки RTX: очень разнообразное семейство, секретируемое общим механизмом» . FEMS Microbiol. Ред . 34 (6): 1076–112. DOI : 10.1111 / j.1574-6976.2010.00231.x . PMC 3034196 . PMID 20528947 .
- ^ Виджил, Патрик Д .; Трэвис Дж. Уайлс; Майкл Д. Энгстром; Лев Прасов; Мэтью А. Малви; Гарри LT Мобли (февраль 2012 г.). «Член семейства TosA с повторяющимся введением токсина опосредует приверженность уропатогенной кишечной палочке и выживание во время бактериемии» . Инфекция и иммунитет . 80 (2): 493–505. DOI : 10.1128 / IAI.05713-11 . PMC 3264304 . PMID 22083710 .
- ^ Сатчелл, Карла Дж. Фулнер (ноябрь 2007 г.). «MARTX, Многофункциональная автообработка, повторяющаяся в токсинах токсинов» . Инфекция и иммунитет . 75 (11): 5079–5084. DOI : 10.1128 / IAI.00525-07 . PMC 2168290 . PMID 17646359 .
- ^ а б Бумба, Ладислав; Иржи Масин; Радован Фисер; Питер Себо (2010). «Токсин аденилатциклазы Bordetella мобилизует свой рецептор интегрина b2 в липидные рафты, чтобы осуществить транслокацию через мембрану клетки-мишени в два этапа» . PLOS Патогены . 6 (5): e1000901. DOI : 10.1371 / journal.ppat.1000901 . PMC 2869314 . PMID 20485565 .
- ^ Чен, Джонатан С .; Редди, Вамси; Чен, Джошуа Х .; Шлыков Максим А .; Чжэн, Вэй Хао; Чо, Джэхун; Йен, Мин Рен; Сайер, Милтон Х. (01.01.2011). «Филогенетическая характеристика суперсемейств транспортных белков: превосходство программ SuperfamilyTree над программами, основанными на множественных выравниваниях» . Журнал молекулярной микробиологии и биотехнологии . 21 (3–4): 83–96. DOI : 10.1159 / 000334611 . ISSN 1660-2412 . PMC 3290041 . PMID 22286036 .
- ^ а б Saier, MH Jr. "Суперсемейство RTX-токсинов" . База данных классификации транспортеров . Saier Lab Bioinformatics Group / SDSC.
- ^ Бордман, Бетани Кей и Фулнер Сэтчелл, Карла Дж. (Декабрь 2004 г.). «Штаммы холерного вибриона с мутациями в атипичной системе секреции I типа накапливают токсин RTX внутриклеточно» . Журнал бактериологии . 186 (23): 8137–8143. DOI : 10.1128 / JB.186.23.8137-8143.2004 . PMC 529086 . PMID 15547287 .
- ^ Дэвис, Р.Л .; Whittam, TS; Селандер, РК (01.02.2001). «Разнообразие последовательностей и молекулярная эволюция гена лейкотоксина (lktA) в штаммах Mannheimia (Pasteurella) haemolytica крупного рогатого скота и овец» . Журнал бактериологии . 183 (4): 1394–1404. DOI : 10.1128 / JB.183.4.1394-1404.2001 . ISSN 0021-9193 . PMC 95014 . PMID 11157953 .
- ^ Osicková, A .; Osicka, R .; Maier, E .; Benz, R .; Себо, П. (1999-12-31). «Амфипатическая альфа-спираль, включающая глутаматы 509 и 516, имеет решающее значение для мембранной транслокации токсина аденилатциклазы и модулирует образование и катионную селективность его мембранных каналов». Журнал биологической химии . 274 (53): 37644–37650. ISSN 0021-9258 . PMID 10608820 .
- ^ Guermonprez, P .; Khelef, N .; Blouin, E .; Rieu, P .; Ricciardi-Castagnoli, P .; Guiso, N .; Ladant, D .; Леклерк, К. (2001-05-07). «Токсин аденилатциклазы Bordetella pertussis связывается с клетками-мишенями через интегрин αMβ2 (Cd11b / Cd18)». Журнал экспериментальной медицины . 193 (9): 1035–1044. ISSN 0022-1007 . PMID 11342588 .
- ^ Мартин, Сезар; Рекеро, М.-Асунсьон; Масин, Иржи; Конопасек, Иво; Goñi, Félix M .; Себо, Питер; Остолаза, Елена (01.06.2004). «Реструктуризация мембраны с помощью токсина аденилатциклазы Bordetella pertussis, члена семейства токсинов RTX» . Журнал бактериологии . 186 (12): 3760–3765. DOI : 10.1128 / JB.186.12.3760-3765.2004 . ISSN 0021-9193 . PMC 419970 . PMID 15175289 .
- ^ Кнапп, Оливер; Майер, Эльке; Масин, Иржи; Себо, Питер; Бенц, Роланд (1 января 2008 г.). «Порообразование токсином аденилатциклазы Bordetella в двухслойных липидных мембранах: роль напряжения и pH». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биомембраны . 1778 (1): 260–269. DOI : 10.1016 / j.bbamem.2007.09.026 . ISSN 0006-3002 . PMID 17976530 .
- ^ Фрей Дж (ноябрь 2011 г.). «Роль токсинов RTX в специфичности хозяина патогенных животных Pasteurellaceae». Ветеринарная микробиология . 153 (1–2): 51–58. DOI : 10.1016 / j.vetmic.2011.05.018 . PMID 21645978 .
- ^ Олдик, Томас; Беляшевская, Мартина; Улин, Бернт Эрик; Humpf, Ганс-Ульрих; Вай, Сун Ньюнт; Карч, Хельге (2009). «Везикулярная стабилизация и увеличение активности энтерогеморрагического гемолизина Escherichia coli» . Молекулярная микробиология . 71 (6): 1496–1508. DOI : 10.1111 / j.1365-2958.2009.06618.x . PMID 19210618 .
- ^ Прочазкова, Катерина; Людмила А. Шувалова; Георгий Минасов; Зденек Вобурка; Уэйн Ф. Андерсон; Карла Дж. Ф. Сатчелл (сентябрь 2009 г.). «Структурный и молекулярный механизм автоматической обработки токсина MARTX холерного вибриона на нескольких участках» . Журнал биологической химии . 284 (39): 26557–26568. DOI : 10.1074 / jbc.M109.025510 . PMC 2785344 . PMID 19620709 .