Toxic shock syndrome toxin-1

Toxic shock syndrome toxin-1
Kristallografisk struktur av TSST-1-
identifierare
Organism	Staphylococcus aureus
Symbol	tst
PDB	3TSS
RefSeq (Prot)	WP_001035596.1
UniProt	P06886
Söka efter Strukturer Schweizisk modell Domäner InterPro

Toxic shock syndrome toxin-1 ( TSST-1 ) är ett superantigen med en storlek på 22 kDa som produceras av 5 till 25 % av isolaten av Staphylococcus aureus . Det orsakar toxiskt chocksyndrom (TSS) genom att stimulera frisättningen av stora mängder interleukin-1 , interleukin-2 och tumörnekrosfaktor . I allmänhet produceras inte toxinet av bakterier som växer i blodet; snarare produceras det på den lokala platsen för en infektion och kommer sedan in i blodomloppet.

Egenskaper

Toxic shock syndrome toxin-1 (TSST-1), en prototyp av superantigen som utsöndras av en Staphylococcus aureus bakteriestam i känsliga värdar, verkar på kärlsystemet genom att orsaka inflammation, feber och chock. Bakteriestammen som producerar TSST-1 kan hittas i alla delar av kroppen, men lever mestadels i slidan hos infekterade kvinnor. TSST-1 är ett bakteriellt exotoxin som finns hos patienter som har utvecklat toxiskt chocksyndrom (TSS), som kan hittas hos menstruerande kvinnor eller vilken man eller barn som helst för den delen. En tredjedel av alla TSS-fall har hittats hos män. Denna statistik kan möjligen bero på operationssår eller något hudsår. TSST-1 är orsaken till 50 % av icke-menstruella och 100 % av alla menstruella TSS-fall.

Strukturera

I nukleotidsekvensen för TSST-1 finns en 708 baspar öppen läsram och en Shine-Dalgarno-sekvens som är sju baspar nedströms från startstället. I hela nukleotidsekvensen utgör endast 40 aminosyror signalpeptiden. En enskild signalpeptid består av en 1 till 3 basisk aminosyraterminal, en hydrofob region med 15 rester, en prolin (Pro) eller glycin (Gly) i den hydrofoba kärnregionen, en serin (Ser) eller treonin (Thr) aminosyra nära den karboxylterminala änden av den hydrofoba kärnan, och en alanin (Ala) eller glycin (Gly) vid klyvningsstället. Ett moget TSST-1-protein har en kodande sekvens på 585 baspar. Hela nukleotidsekvensen bestämdes av Blomster-Hautamaazg, et al., såväl som av andra forskare med andra experiment. Består av en enda polypeptidkedja, strukturen av holotoxin TSST-1 är tredimensionell och består av en alfa (α) och beta (β) domän. Denna tredimensionella struktur av TSST-1-proteinet bestämdes genom att rena proteinets kristaller. De två domänerna gränsar till varandra och har unika egenskaper. Domän A, den största av de två domänerna, innehåller resterna 1-17 och 90-194 i TSST-1 och består av en lång alfa (α) helix med resterna 125-140 omgiven av ett 5-strängat beta (β) ark. Domän B är unik eftersom den innehåller resterna 18-89 i TSST-1 och består av ett (β) fat som består av 5 β-strängar. Kristallografimetoder visar att det inre β-röret i domän B innehåller flera hydrofoba aminosyror och hydrofila rester på ytan av domänen, vilket gör att TSST-1 kan korsa slemhinneytor av epitelceller. Även om TSST-1 består av flera hydrofoba aminosyror är detta protein mycket lösligt i vatten. TSST-1 är resistent mot värme och proteolys. Det har visats att TSST-1 kan kokas i mer än en timme utan någon närvaro av denaturering eller direkt effekt på dess funktion.

Produktion

TSST-1 är ett protein som kodas av tst- genen, som är en del av det mobila genetiska elementet stafylokockpatogenicitet ö 1. Toxinet produceras i de största volymerna under den post-exponentiella tillväxtfasen, vilket är liknande bland pyrogena toxinsuperantigener, även känd som PTSAgs. Syre krävs för att producera TSST-1, förutom närvaron av animaliskt protein, låga nivåer av glukos och temperaturer mellan 37-40 °C (98,6-104 °F). Produktionen är optimal vid pH nära neutrala och när magnesiumnivåerna är låga, och förstärks ytterligare av höga koncentrationer av S. aureus , vilket indikerar dess betydelse för att etablera infektion.

TSST-1 skiljer sig från andra PTSAg genom att dess genetiska sekvens inte har en homolog med andra superantigensekvenser. TSST-1 har ingen cysteinslinga , vilket är en viktig struktur i andra PTSA:s. TSST-1 skiljer sig också från andra PTSAg i sin förmåga att passera slemhinnor , vilket är anledningen till att det är en viktig faktor vid menstruations-TSS. När proteinet översätts är det i en proproteinform och kan bara lämna cellen när signalsekvensen har klyvts bort. Agr - lokuset ( accessorisk genregulator ) är ett av nyckelställena för positiv reglering för många av S. aureus -gener, inklusive TSST-1. Dessutom påverkar förändringar i uttrycket av generna ssrB och srrAB transkriptionen av TSST-1. Vidare hämmar höga nivåer av glukos transkription, eftersom glukos fungerar som en katabolitrepressor .

Mutationer

Baserat på studier av olika mutationer av proteinet verkar det som att de superantigena och dödliga delarna av proteinet är separata. En variant i synnerhet, TSST-får eller TSST-O, var viktig för att bestämma regionerna av biologisk betydelse i TSST-1. TSST-O orsakar inte TSS, och är icke- mitogent , och skiljer sig i sekvens från TSST-1 i 14 nukleotider , vilket motsvarar 9 aminosyror. Två av dessa klyvs bort som en del av signalsekvensen och är därför inte viktiga för den observerade skillnaden i funktion. Från studierna som observerade skillnaderna i dessa två proteiner upptäcktes att rest 135 är kritisk i både dödlighet och mitogenicitet, medan mutationer i rester 132 och 136 gjorde att proteinet förlorade sin förmåga att orsaka TSS, men det fanns fortfarande tecken på superantigenicitet . Om lysinet vid rest 132 i TSST-O ändras till ett glutamat , återfår mutanten liten superantigenicitet, men blir dödlig, vilket betyder att förmågan att orsaka TSS är ett resultat av glutamatet vid rest 132. Förlusten av aktivitet från dessa mutationer är inte på grund av förändringar i proteinets konformation, men istället verkar dessa rester vara kritiska i interaktionerna med T-cellsreceptorer .

Isolering

Prover av TSST-1 kan renas från bakteriekulturer för användning i in vitro- testmiljöer, men detta är inte idealiskt på grund av det stora antalet faktorer som bidrar till patenogenes i en in vivo- miljö. Dessutom ger odling av bakterier in vitro en miljö som är rik på näringsämnen, i motsats till verkligheten i en in vivo- miljö, där näringsämnen tenderar att vara mer knappa. TSST-1 kan renas genom preparativ isoelektrisk fokusering för användning in vitro eller för djurmodeller med användning av en mini-osmotisk pump.

Mekanism

Ett superantigen såsom TSST-1 stimulerar humana T-celler som uttrycker VB 2, vilket kan representera 5-30 % av alla värd-T-celler. PTSAgs inducerar den VB-specifika expansionen av både CD4- och CD8-undergrupper av T-lymfocyter. TSST-1 bildar homodimerer i de flesta av dess kända kristallformer. SAG:erna visar anmärkningsvärt konserverad arkitektur och är uppdelade i N- och C-terminaldomänerna. Mutationsanalys har kartlagt den förmodade TCR-bindande regionen av TSST-1 till en plats belägen på baksidans spår. Om TCR upptar denna plats, bildar den aminoterminala alfahelixen en stor kil mellan TCR- och MHC klass II-molekylerna. Kilen skulle fysiskt separera TCR från MHC klass II-molekylerna. En ny domän kan existera i SAG:erna som är separat från de TCR- och klass II MHC-bindande domänerna. Domänen består av resterna 150 till 161 i SEB, och liknande regioner finns också i alla andra SAG:er. I denna studie kunde en syntetisk peptid innehållande denna sekvens förhindra SAG-inducerad dödlighet i D-galaktosamin-sensibiliserade möss med stafylokocker TSST-1, såväl som några andra SAG. Signifikanta skillnader finns i sekvenserna av MHC klass II alleler och TCR Vbeta element uttryckta av olika arter, och dessa skillnader har viktiga effekter på interaktionen av PTSAg och med MCH klass II och TCR molekyler.

Bindande webbplats

TSST-1 binder primärt till alfakedjan av klass II MHC uteslutande genom ett bindningsställe med låg affinitet (eller generiskt) på den N-terminala SAG-domänen. Detta står i motsats till andra superantigener (SAG) som DEA och SEE, som binder till klass II MHC genom lågaffinitetsstället och till betakedjan genom ett högaffinitetsställe. Denna högaffinitetsplats är en zinkberoende plats på SAG C-terminaldomänen. När detta ställe är bundet sträcker det sig över en del av det bindande spåret, kommer i kontakter med den bundna peptiden och binder sedan regioner av både alfa- och beta-kedjorna. MHC-bindning av TSST-1 är delvis peptidberoende. Mutagenesstudier med SEA har indikerat att båda bindningsställena krävs för optimal T-cellsaktivering. Dessa studier som innehåller TSST-1 indikerar att den TCR-bindande domänen ligger överst på baksidan av detta toxin, även om den fullständiga interaktionen återstår att fastställa. Det har också funnits indikationer på att TCR-bindningsstället för TSST-1 är mappat till huvudspåret i den centrala alfahelixen eller den korta aminoterminala alfahelixen. Rester i beta-klomotivet av TSST-1 är kända för att interagera primärt med den invarianta regionen av alfakedjan av denna MHC klass II-molekyl. Rester som bildar mindre kontakter med TSST-1 identifierades också i HLA-DR1 β-kedjan, såväl som den antigena peptiden, belägen i spåret mellan kedjorna. Arrangemanget av TSST-1 med avseende på MHC klass II-molekylen ålägger sterisk restriktion på trekomponentkomplexet som består av TSST-1, MHC klass II och TCR.

Mutationsanalys

Initiala studier av mutanter avslöjade att rester på baksidan av den centrala alfahelixen krävdes för superantigenisk aktivitet. Ändring av histidin vid position 135 till alanin orsakade att TSST-1 varken var dödlig eller superantigenisk. Förändringar i rester som var i närheten av H135A, hade också effekten av att minska dödligheten och superantigenisk kvalitet hos dessa mutanter. Även om de flesta av dessa mutanter inte resulterade i förlust av antigenicitet för TSST-1. Tester gjorda med användning av mutagena TSST-1-toxiner indikerade att de dödliga och superantigeniska egenskaperna är separerbara. När Lys-132 i TSST-O ändrades till en Glu, blev den resulterande mutanten fullständigt dödlig men icke superantigenisk. Samma resultat, dödliga men inte superantigeniska, hittades för TSST-1 Gly16Val. Resterna Gly16, Glu132 och Gln 136, belägna på baksidan av spåret på baksidan av den förmodade TCR-bindande regionen av TSST-1, har föreslagits att de också är en del av en andra funktionellt dödlig plats i TSST- 1.