AB 5 toxin
| Identifierare för | |
|---|---|
| enterotoxin (OB-faldig B-subenhet). | |
| Symbol | Enterotoxin |
| InterPro | IPR008992 |
| SCOP2 | 2bos / SCOPe / SUPFAM |
AB 5 -toxinerna är sexkomponentproteinkomplex som utsöndras av vissa patogena bakterier som är kända för att orsaka mänskliga sjukdomar som kolera , dysenteri och hemolytiskt -uremiskt syndrom . En komponent är känd som A-subenheten, och de återstående fem komponenterna är B-subenheter. Alla dessa toxiner delar en liknande struktur och mekanism för att komma in i riktade värdceller. B-subenheten är ansvarig för att binda till receptorer för att öppna en väg för A-subenheten att komma in i cellen. A-subenheten kan sedan använda sitt katalytiska maskineri för att ta över värdcellens vanliga funktioner.
Familjer
_PDB_1r4q.png)
Det finns fyra huvudfamiljer av AB5-toxinet. Dessa familjer kännetecknas av sekvensen av deras A (katalytiska) subenhet, såväl som deras katalytiska aktivitet.
Koleratoxin
Denna familj är också känd som Ct eller Ctx och inkluderar även det värmelabila enterotoxinet, känt som LT. Koleratoxinets upptäckt krediteras av många till Dr Sambhu Nath De . Han genomförde sin forskning i Calcutta (nu Kolkata ) och gjorde sin upptäckt 1959, även om den först renades av Robert Koch 1883. Koleratoxin består av ett proteinkomplex som utsöndras av bakterien Vibrio cholerae . Vissa symtom på detta toxin inkluderar kronisk och utbredd vattnig diarré och uttorkning som i vissa fall leder till döden.
Pertussis toxin
Denna familj är också känd som Ptx och innehåller giftet som är ansvarigt för kikhosta . Pertussis toxin utsöndras av den gramnegativa bakterien Bordetella pertussis . Kikhosta är mycket smittsamt och fallen ökar långsamt i USA trots vaccination. Symtom inkluderar paroxysmal hosta med kik och till och med kräkningar. Bakterien Bordetella pertussis identifierades först som orsak till kikhosta och isolerades av Jules Bordet och Octave Gengou i Frankrike 1900. Toxinet delar sin mekanism med koleratoxin.
ArtAB-toxin från Salmonella enterica har komponenter som liknar de som finns i två olika familjer: ArtA ()-subenheten är homolog med pertussis-toxin A, medan ArtB ()-subenheten är homolog med subB såväl som proteiner som finns i andra Salmonella- stammar . Under kategorisera-efter-A-regeln är det ett Ptx-familjs toxin.
Shiga toxin
Shigatoxin, även känt som Stx, är ett toxin som produceras av de stavformade Shigella dysenteriae och Escherichia coli (STEC). Mat och dryck som är förorenad med dessa bakterier är källan till infektion och hur detta toxin sprids. Symtom inkluderar buksmärtor samt vattnig diarré. Allvarliga livshotande fall kännetecknas av hemorragisk kolit (HC). Upptäckten av shiga-toxin krediteras Dr. Kiyoshi Shiga 1898.
Subtilas cytotoxin
Denna familj är även känd som SubAB och upptäcktes under 1990-talet. Det produceras av stammar av STEC som inte har platsen för enterocytutslöjning (LEE), och är känt för att orsaka hemolytiskt-uremiskt syndrom (HUS). Det kallas ett subtilas-cytotoxin eftersom dess A-subenhetssekvens liknar den för ett subtilasliknande serinproteas i Bacillus anthracis . Vissa symtom som orsakas av detta toxin är en minskning av trombocyter i blodet eller trombocytopeni , en ökning av antalet vita blodkroppar eller leukocytos , och njurcellskada .
Subtilascytotoxin A-subenheten (subA, ) är ett proteas som är känt för att spjälka bindande immunglobulinprotein (BiP), vilket leder till endoplasmatisk retikulumstress och celldöd. B-subenheterna (subB, ) binder till N-Glycolylneuraminic acid (Neu5Gc) glykaner på celler med hög affinitet. Bara subB är tillräckligt för att orsaka vakuolering av veroceller. Neu5GC tillverkas inte av människor utan förvärvas från livsmedelskällor som rött kött och mejeriprodukter, också frekventa källor till STEC-infektioner, in i människans tarmslemhinna.
Strukturera
Ett komplett AB5-toxinkomplex innehåller sex proteinenheter. Fem enheter är lika eller identiska i struktur och de innefattar B-subenheten. Den sista proteinenheten är unik och är känd som A-subenheten.
En underenhet
A-subenheten av ett AB5-toxin är den del som är ansvarig för katalys av specifika mål. För Shiga-toxinfamiljen är A-subenheten värd för en trypsinkänslig region som ger ut två fragmenterade domäner när den klyvs. Denna region har ännu inte bekräftats för de andra AB5-toxinfamiljerna. I allmänhet är de två domänerna av A-subenheten, benämnda A1 och A2, sammanlänkade med en disulfidbindning . Domän A1 (cirka 22kDa i koleratoxin eller värmelabila enterotoxiner) är den del av toxinet som är ansvarig för dess toxiska effekter. Domän A2 (ungefär 5 kDa i koleratoxin eller värmelabilt enterotoxin) tillhandahåller en icke-kovalent koppling till B-subenheten genom B-subenhetens centrala por. A1-kedjan för koleratoxin katalyserar överföringen av ADP-ribos från nikotinamidadenindinukleotid (NAD) till arginin eller andra guanidinföreningar genom att använda ADP-ribosyleringsfaktorer (ARF). I frånvaro av arginin eller enkla guanidinoföreningar fortsätter den toxinförmedlade NAD+ nukleosidas (NADas) aktiviteten med användning av vatten som en nukleofil .
B underenhet
B-subenheterna bildar en femledad eller pentamerisk ring, där ena änden av A-subenheten går in och hålls. Denna B-subenhetsring är också kapabel att binda till en receptor , vanligtvis ett glykoprotein eller en glykolipid, på värdcellens yta. Utan B-subenheterna har A-subenheten inget sätt att fästa till eller komma in i cellen, och därmed inget sätt att utöva sin toxiska effekt. Koleratoxin, shiga-toxin och SubAB-toxin har alla B-subenheter som är uppbyggda av fem identiska proteinkomponenter, vilket betyder att deras B-subenheter är homopentamerer. Pertussis toxin är annorlunda där dess pentameriska ring är uppbyggd av fyra olika proteinkomponenter, där en av komponenterna upprepas för att bilda en heteropentamer.
Mekanismer
Koleratoxin, pertussis-toxin och shiga-toxin har alla sina mål i cellens cytosol . Efter att deras B-subenhet binder till receptorer på cellytan, omsluts toxinet av cellen och transporteras inuti antingen genom klatrinberoende endocytos eller klatrinoberoende endocytos .
För koleratoxinet är den huvudsakliga glykolipidreceptorn för koleratoxinet gangliosid GM1 . Efter endocytos till Golgi-apparaten omdirigeras toxinet till det endoplasmatiska retikulumet . För att A-subenheten ska nå sitt mål måste en disulfidbindning mellan A1- och A2-domänen brytas. Detta brott katalyseras av ett proteindisulfid-isomeras som finns i det endoplasmatiska retikulumet. Efter separation vecklas A1-domänen ut och omdirigeras tillbaka till cytosolen där den återveckas och katalyserar ADP-ribosylering av vissa G-protein alfa-subenheter. Genom att göra så störs nedströmseffekterna av G-proteinsignaltransduktionsvägen genom att aktivera adenylatcyklas . Detta orsakar en högre koncentration av cAMP i cellen, vilket stör regleringen av jontransportmekanismer.
Pertussis-toxinet har ingen specifik receptor och binder till sialylerade glykoproteiner . Efter endocytos är pertussis toxins mekanism densamma som koleratoxin.
Huvudreceptorn för shiga-toxinet är globotriaosylceramid eller Gb3. Shigatoxin förs också till golgi-apparaten innan det leds till det endoplasmatiska retikulumet för att PDI ska klyva disulfidbindningen. Shigatoxinets A-subenhet förs sedan tillbaka in i cytosolen och hämmar eukaryotisk proteinsyntes med dess RNA-N-glykosidasaktivitet genom att klyva en specifik adeninbas på 28S ribosomalt RNA som i slutändan kommer att orsaka celldöd.
SubAB:s mål är i cellens endoplasmatiska retikulum och förs in i cellen genom clathrin-medierad endocytos . Glykanreceptorn för SubAB slutar vanligtvis med en α2-3-kopplad N-Glykolylneuraminsyra (Neu5Gc). SubAB har en A-subenhet där den fungerar som ett serinproteas och klyver Bip/GRP78 , en endoplasmatisk retikulumchaperon . Klyvningen av denna chaperone orsakar cellulär stress genom proteinhämning och följaktligen cellens död.
Medicinsk användning
Cancer behandling
B-subenheter av AB5-toxinerna har affiniteten till att binda glykan som någon typ av tumörer verkar ha, vilket gör det till ett enkelt mål. Ett exempel är det för StxB som specifikt binder till CD77 (Gb3) som visar uttryck på ytan av cancerceller som tjocktarm, bukspottkörtel, bröst och många fler. När StxB väl riktar sig mot en cancercell levererar den A-subenheten av toxinet som till slut dödar cancercellen.
Ännu en metod är att använda ER-stressinducerande läkemedel som har testats på möss för att visa positiva synergistiska svar. Detta åstadkoms genom fusion av epidermal tillväxtfaktor (EGF) med SubABs A-subenhet. Cancerceller som uttrycker receptorer för EGF kommer då att uppleva SubAB-toxicitet.
Vacciner
En annan användning av AB5-toxiner är att använda medlemmar av LT-familjen som adjuvans . Detta gör att toxinet kan främja immunologiska svar såsom IgG2a, IgA och Th17 för att bekämpa till exempel magsäcksinfektion med Helicobacter pylori när ett vaccin ges.
Förutom att några av dessa AB5-toxiner används för att skapa vacciner för att förhindra bakterieinfektion, forskas de också på att fungera som ett konjugat för att förhindra virusinfektioner. Till exempel inducerade systemisk immunisering tillsammans med samtidigt administrerad intranasal leverans av virus-koleratoxinkonjugatvaccin ett virusspecifikt antikroppssvar och visade en viss grad av skydd mot de övre luftvägarna från Sendai- virus .
Senare forskningsområden
framsteg inom biotekniska experimentella metoder som användningen av Bessel-stråleplansbelysningsmikroskopi och FRET - baserade sensormolekyler kan bättre demonstrera dynamiska strukturer av gap junction- plack. För dessa experiment kan olika typer av AB5-toxiner användas för att inducera snabb bildning av tCDR i E. Coli-celler. Svaret kan sedan registreras med användning av cAMP- koncentrationsfluktuationer i gap junction-kopplade celler med användning av FRET-baserade sensorkonstruktioner. Forskning tyder på att CDR kanske kan kopplas till snabb omarrangering av lipider och protein i connexinkanaler inom gap junction-placken. Detta kan ytterligare hjälpa oss att förstå signalkaskaden som följer på en cellulär förlust av K+ när de utsätts för bakteriell infektion.
SubAB-toxinet har visat sig visa specificitet för ett bindande protein, BiP . Denna egenskap har använts för att studera rollen av den cellulära BiP själv, tillsammans med endoplasmatisk-retikulum-associerad nedbrytning i stressade HeLa -celler.
Se även
externa länkar
- Bakteriella AB5-toxiner
- Hållt, Paul. "En introduktion till fluorescensresonansenergiöverföringsteknik (FRET) och dess tillämpning inom biovetenskap" . BioTek Instruments, Inc.
