Токсин аденилатциклазы - Adenylate cyclase toxin

Токсин аденилатциклазы это фактор вирулентности производится некоторыми представителями рода Bordetella. Вместе с токсином коклюша он является наиболее важным фактором вирулентности возбудителя захлебывающийся кашель, Bordetella pertussis. Bordetella bronchiseptica и Bordetella parapertussis, также может вызывать симптомы, похожие на симптомы коклюша, также вырабатывать токсин аденилатциклазы.[1] Это токсин секретно бактерии влиять на хозяина иммунная система.

Структура

Токсин аденилатциклазы из Bordetella pertussis 1706 год аминокислотный остаток длинная белок. Белок состоит из трех доменов: от N-конец примерно до остатка 400 присутствует аденилатциклазный домен; между остатками 500 и 700 имеется гидрофобный домен; и от остатка 1000 до C-конец, есть кальций связывание повторов. Два ацилирование сайты расположены по адресу лизин остатки К860 и К983.[2][3] Часть токсина от остатка 400 до С-конца, называемая гемолизин, структурно связан с большим семейством бактериальных токсинов - RTX токсины.[3] Различия между токсинами разных Bordetella виды в основном находятся в кальций-связывающем домене.[4]

Складывание и секреция

Токсин выделяется Система секреции I типа, который охватывает оба мембраны и периплазма пространство, позволяя токсину выделяться из цитоплазма прямо за пределами камеры.[1][2] Большая часть токсина остается связанной с внешними белками бактерий, в основном нитчатый гемагглютинин, но эти молекулы токсина не активны.[5][1] Помимо прикрепления к бактериальным белкам, агрегирование также инактивирует токсин.[5] Эта быстрая инактивация подчеркивает необходимость тесного контакта между секретирующей бактерией и клеткой-мишенью.[1]

RTX токсины

RTX означает «повторы в токсинах», но не все члены семейства являются токсинами. Повторение аспартат и глицин богатые нонапептиды (повторяющиеся длиной 9 аминокислот) являются характерной особенностью этого семейства белков и способны связывать кальций ионы.[3] Особенностью белков RTX является их способность образовывать поры в клеточных мембранах, позволяя ионам просачиваться. Это может проявляться как гемолитический деятельность на эритроциты, в результате чего эту группу токсинов называют «гемолизинами». Типы клеток, которые уязвимы для этой порообразующей активности, варьируются в зависимости от токсинов. Ацилирование лизинов необходимо для порообразования. цитотоксический эффекты всех белков RTX.[6]

Токсины из многих известных грамотрицательный патогенные бактерии относятся к семейству RTX. Примером является α-гемолизин из кишечная палочка или RtxA из Холерный вибрион.[6]

Функция

Молекулярные механизмы

Токсин аденилатциклезы связывается с клетками-мишенями посредством рецептор комплемента 3 (CD11b / CD18 или Mac-1).[7] Следовательно, целевая клетка миелоидный клональные клетки, в основном фагоциты, такие как нейтрофилы.[1] Связывание с клетками без CR3 также происходит, но с гораздо меньшей скоростью.[5] Участок, ответственный за связывание с рецептором, находится внутри повторов связывания кальция, от остатков с 1166 до 1287.[3] Затем гемолизиновая часть белка связывается с мембраной-мишенью и внедряется в двухслойный.[3][5] Затем домен аденилатциклазы (AC) перемещается через цитоплазматическую мембрану в цитоплазму. Транслокация домена AC не зависит от цитотоксической порообразующей активности, поскольку эти две активности требуют, чтобы токсин принял разные конформации.[5][2] Однако временно открытые поры вносят вклад в функцию домена AC за счет утечки калия и притока кальция в клетку-мишень, что замедляет эндоцитоз кластеров токсина CR3 / аденилатциклазы,[2] Кроме того, комплекс CR3 / токсин мобилизуется путем отделения от цитоскелет. Затем комплекс набирается в холестерин -богатые липидные рафты.[3] Приток кальция сам по себе имеет множество негативных эффектов на клетки-мишени, например, нарушение регуляции сотовая сигнализация.[5]

Домен аденилатциклазы обладает внутренней ферментативной активностью. Транслокация домена AC в клетку запускает основной процесс, посредством которого этот токсин влияет на клетки-мишени: домен AC связывается кальмодулин, и катализирует нерегулируемое производство лагерь от АТФ.[7] цАМФ является важным второй посланник молекула и ее массовое перепроизводство влияет на многие клеточные процессы. В фагоцитах большая часть бактерицидный функции остановлены цАМФ-опосредованной активацией PKA и Epac.[7]

Воздействие на клетки-мишени

Вышеописанные эффекты токсина аденилатциклазы, в основном избыточная продукция цАМФ, оказывают сильное влияние на клетки-мишени. Хотя фагоцитарные иммунные клетки мигрируют к месту инфекция в легкие, они не могут дать эффективного ответа. Не только поглощение фагоцитами бактерий блокируется, но последующее производство ROS нейтрофилами и моноциты, СЕТИ нейтрофилами, и Нет от макрофаги, также запрещен.[5][7][3] Воздействие на нейтрофилы наиболее важно при раннем инфицировании Bordetella, нанося ущерб большинству их противомикробный функции.[3] Интоксикация токсином аденилатциклазы приводит к сдвигу в поляризация макрофагов из M1 (провоспалительный ) фенотип к M2 (иммунорегуляторный) фенотип и может привести к макрофагам апоптоз.[7][3] Накопление цАМФ после интоксикации аденилатциклазой также нарушает IRF сигнализация в дендритные клетки, что приводит к снижению Ил-12 производство. ИЛ-12 важен для Т-клетка поляризация отклика.[7] Другие эффекты цАМФ на взаимодействие дендритных клеток с Т-клетками также вредны для иммунного ответа. Хотя цАМФ вызывает миграцию дендритных клеток в лимфатический узел, это снижает их способность взаимодействовать с Т-клетками и настоящий антиген. Это имеет толерогенный влияние на популяцию Т-клеток.[7]

Прививка от коклюша

Вакцинация против Bordetella pertussis используется в младенчестве для предотвращения коклюша. Недавний переход от цельноклеточной вакцина против коклюша Использование бесклеточного компонента вакцины во многих странах привело к тому, что токсин аденилатциклазы не присутствует в большинстве вакцин.[4] Исследования показывают, что хотя вакцины не входят в состав нынешних вакцин, иммунизация с токсином аденилатциклазы вызывает нейтрализацию антитела. Нейтрализующие антитела могут блокировать связывание токсина с CR3.[3] Антитела против токсина аденилатциклазы также присутствуют в сыворотке людей, инфицированных Б. коклюш.[4]

Было доказано, что конструкции на основе токсина аденилатциклазы вызывают выработку нейтрализующих антител, но не обладают цитотоксичностью, связанной с полным токсином. Генетически детоксифицированный токсин аденилатциклазы также способствует развитию Ответ Th1 / Th17, действуя как адъювант.[4]

Другие роли токсина аденилатциклазы

Токсин аденилатциклазы или его части также служат инструментом для клеточных биологов. Домен AC находит применение в качестве репортерный белок. Эта репортерная активность основана на активации продукции цАМФ при транслокации в клетку, конъюгированной с исследуемым белком. Домен AC состоит из двух поддоменов, оба требуются для производства cAMP. Конъюгирование каждого субдомена с другим белком позволяет белок-белковые взаимодействия подлежат изучению, поскольку производство цАМФ указывает на тесное взаимодействие белков. Точно так же два субдомена могут быть связаны исследуемым белком, который затем переваривается протеазы. Потеря продукции цАМФ указывает на расщепление протеазой.[8]

использованная литература

  1. ^ а б c d е Войтова, Яна; Каманова, Яна; Себо, Питер (февраль 2006 г.). «Токсин аденилатциклазы Bordetella: стремительный саботажник защиты хозяина». Текущее мнение в микробиологии. 9 (1): 69–75. Дои:10.1016 / j.mib.2005.12.011. PMID  16406775.
  2. ^ а б c d Масин, Иржи; Осичка, Радим; Бумба, Ладислав; Себо, Питер (ноябрь 2015 г.). Фризан, Тереза ​​(ред.). «Токсин аденилатциклазы Bordetella: уникальная комбинация порообразующего фрагмента с ферментом аденилатциклазы, вторгающимся в клетки». Патогены и болезни. 73 (8): ftv075. Дои:10.1093 / femspd / ftv075. ISSN  2049-632X. ЧВК  4626595. PMID  26391732.
  3. ^ а б c d е ж г час я j Новак, Якуб; Черны, Ондрей; Осичкова, Адриана; Линхартова Ирена; Масин, Иржи; Бумба, Ладислав; Себо, Питер; Осичка, Радим (24 сентября 2017). «Структурно-функциональные взаимосвязи, лежащие в основе способности токсина Bordetella Adenylate Cyclase обезвредить фагоциты хозяина». Токсины. 9 (10): 300. Дои:10.3390 / токсины9100300. ISSN  2072-6651. ЧВК  5666347. PMID  28946636.
  4. ^ а б c d Себо, Питер; Осичка, Радим; Масин, Иржи (октябрь 2014 г.). «Актуальность токсин-гемолизина аденилатциклазы для коклюшных вакцин». Экспертный обзор вакцин. 13 (10): 1215–1227. Дои:10.1586/14760584.2014.944900. ISSN  1476-0584. PMID  25090574.
  5. ^ а б c d е ж г Карбонетти, Николас Х (март 2010 г.). «Токсин коклюша и токсин аденилатциклазы: ключевые факторы вирулентности Bordetella pertussis и инструменты клеточной биологии». Будущая микробиология. 5 (3): 455–469. Дои:10.2217 / fmb.09.133. ISSN  1746-0913. ЧВК  2851156. PMID  20210554.
  6. ^ а б Уэлч, Р. А. (2001), "Структура и функция токсина RTX: история многочисленных аномалий и нескольких аналогий в биологии токсинов", в Ван дер Гут, Ф. Гису (ред.), Токсины, образующие поры, Актуальные темы микробиологии и иммунологии, 257, Springer Berlin Heidelberg, стр. 85–111, Дои:10.1007/978-3-642-56508-3_5, ISBN  9783642625459
  7. ^ а б c d е ж г Феделе, Джорджио; Скьявони, Илария; Адкинс, Ирена; Климова, Нела; Себо, Питер (2017-09-21). "Вторжение токсина Bordetella Adenylate Cyclase в дендритные клетки, макрофаги и нейтрофилы: подрывной ход, чтобы обмануть иммунитет хозяина". Токсины. 9 (10): 293. Дои:10.3390 / токсины9100293. ISSN  2072-6651. ЧВК  5666340. PMID  28934122.
  8. ^ Даутин, Н; Каримова, Г; Ladant, D (октябрь 2002 г.). «Токсин аденилатциклазы Bordetella pertussis: универсальный инструмент для скрининга». Токсикон. 40 (10): 1383–1387. Дои:10.1016 / S0041-0101 (02) 00158-7.