Цитолизин - Cytolysin

Смотрите также: Порообразующий токсин

Цитолизин относится к веществу секретный микроорганизмами, растениями или животными, которые особенно токсичны для отдельных клетки,[1][2] во многих случаях вызывая их роспуск через лизис. Цитолизины, которые оказывают специфическое действие на определенные клетки, названы соответственно. Например, цитолизины, ответственные за разрушение красные кровяные клетки, тем самым освобождая гемоглобины, названы гемолизины, и так далее.[3] Цитолизины могут участвовать в иммунитет а также в яды.

Гемолизин также используется некоторыми бактериями, такими как Listeria monocytogenes, чтобы разрушить фагосомную мембрану макрофагов и уйти в цитоплазму клетки.

История и предыстория

Термин «Цитолизин» или «Цитолитический токсин» впервые был введен Алан Бернхеймер для описания токсинов, повреждающих мембраны (МДЦ ), которые оказывают цитолитическое действие на клетки.[4] Обнаружен первый вид цитолитического токсина. гемолитический влияние на эритроциты некоторых чувствительных видов, таких как человек. Именно по этой причине "Гемолизин "был впервые использован для описания любых MDT. В 1960-х годах было доказано, что некоторые MDT разрушают клетки, кроме эритроциты, такие как лейкоциты. Термин «Цитолизин» затем вводится Бернхеймер заменить "Гемолизин ". Цитолизины могут разрушать мембраны, не создавая лизис в клетки.[5] Таким образом, термин «токсины, повреждающие мембраны» (MDT) описывает основные действия цитолизинов. Цитолизины составляют более 1/3 всех бактериальный белок токсины. Токсины бактериального белка могут быть очень ядовитыми для человека. Например, Ботулинический составляет 3x105 ядовитее змеи яд для человека и его токсичных доза всего 0,8x10−8 мг.[6] Большое разнообразие грамположительный и грамотрицательный бактерии используют цитолизин в качестве основного оружия для создания болезней, таких как Clostridium Perfringens и Стафилококк.

Цитолизины были проведены в различных исследованиях. С 1970-х годов было открыто более 40 новых цитолизинов, которые сгруппированы в разные семейства.[7] На генетическом уровне генетический структуры около 70 белков цитолизина были изучены и опубликованы.[8] Подробный процесс мембрана ущерб также был исследован. Rossjohn et al. представляет кристалл структура перфринголизин О, а тиол -активированный цитолизин, создающий мембранные дыры на эукариотический клетки. Детальная модель мембраны канал формирование, раскрывающее механизм введения мембраны.[9] Шатурский и др. изучили механизм введения перфринголизина O (PFO) в мембрану, a холестерин -зависимый поры -образующий цитолизин, продуцируемый патогенный Clostridium perfringens. Вместо использования одного амфипатический β шпилька на полипептид, PFO мономер содержит две амфипатические β-шпильки, каждая охватывает всю мембрану. Ларри и др. сосредоточился на проникающих через мембрану моделях RTX токсины, семейство MDT, секретируемое многими грамотрицательный бактерии. Процесс вставки и транспортировки белка от RTX к цели липид мембрана.[10]

Классификация

Цитолизины, повреждающие мембраны, можно разделить на три типа в зависимости от механизма их повреждения:

  • Цитолизины, атакующие эукариотический клетки двухслойный мембраны, растворяя их фосфолипиды. Типичные цитолизины включают C. Perfringens α-токсин (фосфолипаза C), S. aureus β-токсин (шингомиелиназа С) и вибрион девица (фосфолипаза D). Farlane et al. признал C. Perfringens Молекулярный механизм α-токсина в 1941 году, ознаменовавший пионерскую работу над любыми бактериальными белковыми токсинами.
  • Цитолизины, атакующие гидрофобный области мембран и действуют как "моющие средства ". Примеры этого типа включают 26-аминокислотные δ-токсины из Страфилококк aureus, С. haemolyticus и С. lugdunensis, Бациллы subtilis токсина и цитолизина из Псевдомонады Aeruginosa.
  • Цитолизины, образующие поры на мембранах клеток-мишеней. Эти типы цитолизина также известны как порообразующие токсины (PFT) и составляют наибольшую часть всех цитолизинов. Примеры этого типа включают перфрингиолизин O из Clostridium Perfringens бактерии гемолизин от Эшерихия кишечная палочка, и листериолизин от Листерия monocytogenes. Цели этого типа цитолизинов варьируются от общих клеточных мембран до более специфических микроорганизмов, таких как холестерины и мембраны фагоцитов.[6]

Цитолизины, образующие поры

Порин -структура пора позволяет молекулам определенного размера проходить.
Поры, образованные в результате слияния мембран, могут быть сделаны только из протеолипиды.
Представление структуры пор

Цитолизины, образующие поры (PFC), составляют около 65% всех цитолизинов, повреждающих мембраны.[7] Первый цитолизин, образующий поры, был открыт Манфредом Майером в 1972 г. C5 -C9 вставка эритроцитов.[11] ПФУ могут производиться из самых разных источников, таких как бактерии, грибы и даже растения.[12] Патогенный процесс, вызываемый ПФС, обычно включает формирование каналов или пор на мембранах клеток-мишеней. Обратите внимание, что поры могут иметь много структур. А порин -подобная структура позволяет проходить молекулам определенных размеров. Электрические поля неравномерно распределяются по поре и позволяют молекулам отбора, которые могут пройти.[13] Этот тип конструкции показан на стафилококковый α-гемолизин.[14] Пора также может быть образована за счет слияния мембран. Контролируется Ca2+мембранное слияние пузырьки образуют заполненные водой поры из протеолипиды.[15]

процесс порообразования

Цитолизины, секретируемые клетками-хозяевами (на примере бактерий).
Цитолизины образуют кластер олигомеров на мембранах клеток-мишеней.
Цитолизины создают каналы (поры) на мембранах клеток-мишеней.
Процесс формирования пор

Более сложный процесс порообразования включает олигомеризация процесс нескольких PFC мономеры. Процесс формирования пор состоит из 3 основных этапов. Цитолизины сначала производятся определенными микроорганизмами. Иногда организму-продуценту необходимо создать поры на собственной мембране для высвобождения таких цитолизинов, как в случае колицины произведено кишечная палочка. На этом этапе цитолизины высвобождаются в виде белковых мономеров в водорастворимом состоянии.[16] Обратите внимание, что цитолизины часто токсичны и для продуцирующих их хозяев. Например, колицины потребляют нуклеиновые кислоты клеток с помощью нескольких ферментов.[17] Чтобы предотвратить такую ​​токсичность, клетки-хозяева продуцируют белки иммунитета для связывания цитолизинов, прежде чем они нанесут какой-либо ущерб внутрь.[7]

На втором этапе цитолизины прикрепляются к мембранам клеток-мишеней, сопоставляя "рецепторы '"на мембранах. Большинство рецепторы белки, но они могут быть и другими молекулами, такими как липиды или сахара. С помощью рецепторов мономеры цитолизина соединяются друг с другом и образуют кластеры олигомеров. На этом этапе цитолизины завершают переход из состояния водорастворимых мономеров в состояние олигомеров.

Наконец, образующиеся кластеры цитолизина проникают через мембраны клеток-мишеней и образуют поры мембран. Размер этих пор колеблется от 1-2 нм ( S. aureus α-токсин, E. coli α-гемолизин, Aeromonas аэролизин ) до 25-30 нм (стреплизин О, пневмолизин ).

В зависимости от того, как образуются поры, образующие поры цитолизины делятся на две категории. Образующие поры с α-спирали называются α-PFT (токсины, образующие поры). Образующие поры с β-бочка структуры называются β-PFT. Некоторые из распространенных α-PFT и β-PFT перечислены в таблице ниже.

Цитолизины, образующие общие поры
α-PFTβ-ПФТ
Колицин Ia, Синегнойная палочка экстотоксин А, Актиния конская эквинатоксин IIАэролизин, Clostrim septicum α-токсин, Золотистый стафилококк и альфа-гемолизин, Цитотоксин Pseudomonas aeruginosa, защитный антиген сибирской язвы, холестерин-зависимые цитолизины.

Последствия цитолизинов

Смертельные эффекты порообразующих цитолизинов проявляются в нарушении притока и оттока в одной клетке. Поры, пропускающие ионы, подобные Na+ пройти через созданный дисбаланс в клетке-мишени, который превышает ее способность балансировать ионы. Поэтому атакованные клетки расширяются до лизиса.[18] Когда мембраны клеток-мишеней разрушаются, бактерии, которые продуцируют цитолизины, могут потреблять внутриклеточные элементы клетки, такие как железо и цитокины.[7] Некоторые ферменты, которые разлагают критические структуры клеток-мишеней, могут беспрепятственно проникать в клетки.

Холестерин-зависимый цитолизин

Одним из специфических типов цитолизина является Холестерин-зависимый цитолизин (CDC ). CDC существуют во многих Грамположительный бактерии. Процесс порообразования CDC требует наличия холестерины на мембранах клеток-мишеней. Размер пор, создаваемых CDC, велик (25-30 нм) из-за олигомерного процесса цитолизинов. Обратите внимание, что холестерин не всегда необходимы на этапе закрепления. Например, Интермедилизин требует только присутствия белковых рецепторов при прикреплении к клеткам-мишеням и холестерины необходимы при порообразовании.[19] Формирование пор посредством CDC включает дополнительный этап, чем этапы, проанализированные выше. Водорастворимые мономеры олигомеризуются с образованием промежуточного продукта, названного комплексом «пре-поры», и затем β-цилиндр проникает в мембрану.[19]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Компьютерный поиск информации о научных проектах (CRISP) - Тезаурус - Цитолизин В архиве 2006-09-30 на Wayback Machine
  2. ^ «Цитолизин» из Медицинского словаря American Heritage. на TheFreeDictionary.com (последнее посещение - 30 января 2009 г.)
  3. ^ Запись "Гемолизин" на TheFreeDictionary.com (последнее посещение - 30 января 2009 г.)
  4. ^ Бернхеймер А. В. (1970) Цитолитические токсины бактерий, том I. В: Ajl S, Kadis S, Montie TC (eds) Microbial toxins. Academic, New York, стр. 183-212.
  5. ^ Телестам М. и Моллби Р. (1975) Infect. Иммун, 11, 640-648.
  6. ^ а б http://textbookofbacteriology.net/proteintoxins.html
  7. ^ а б c d Алуф, Дж. Э. "Порообразующие бактериальные белковые токсины: обзор". Пористые токсины. Springer Berlin Heidelberg, 2001. 1-14.
  8. ^ Капер Дж., Хакер Дж. (2000) Острова патогенности и другие мобильные элементы вирулентности. ASM, Вашингтон, округ Колумбия
  9. ^ Россджон, Джейми и др. «Структура холестерин-связывающего, тиол-активированного цитолизина и модель его мембранной формы». Cell 89.5 (1997): 685-692.
  10. ^ Лалли, Эдвард Т. и др. «Взаимодействие между токсинами RTX и клетками-мишенями». Тенденции в микробиологии 7.9 (1999): 356-361.
  11. ^ Майер, Манфред М. «Механизм цитолиза комплементом». Труды Национальной академии наук 69.10 (1972): 2954-2958.
  12. ^ Гилберт, Р. Дж. К. «Порообразующие токсины». Клеточные и молекулярные науки о жизни 59.5 (2002): 832-844.
  13. ^ Бранден и Туз, Введение в структуру белка, второе издание
  14. ^ Сонг Л. З., Хобо М. Р., Шустак С., Чели С., Бейли Х. и Гуо Дж. Э. (1996) Структура стафилококкового альфа-гемолизина, гептамерной трансмембранной поры. Наука 274: 1859–1866
  15. ^ Петерс, Кристофер и др. «Транс-комплексное образование протеолипидными каналами в конечной фазе слияния мембран». Nature 409.6820 (2001): 581-588.
  16. ^ Лаздунски К.Дж., Бати 0, Гели В., Кавард 0, Морлон Дж., Лубес Р., Ховард С.П., Книбилер М., Шартье М., Варенн С. и др. (1988) Колицин А, образующий мембранные каналы: синтез, секреция, структура, действие и иммунитет. Biochim Biophys Acta 947: 445-464
  17. ^ Джеймс Р., Клинтос С., Мур Г.Р. (1996) Биология E-колицинов - парадигмы и парадоксы. Микробиология Великобритании 142: 1569-1580
  18. ^ Скальс, Марианна и Хелле А. Преториус. «Механизмы цитолизин-индуцированного повреждения клеток - роль ауто- и паракринной передачи сигналов». Acta Physiologica 209.2 (2013): 95-113.
  19. ^ а б Хеук, Алехандро П., Пол К. Мо и Бенджамин Б. Джонсон. «Холестерин-зависимое цитолизиновое семейство грамположительных бактериальных токсинов». Связывание холестерина и транспортные белки холестерина :. Springer, Нидерланды, 2010. 551-577.