Toksyna krztuścowa
| Toksyna krztuśca, podjednostka 1 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Struktura krystaliczna toksyny krztuśca,
| |||||||||
| identyfikatory | |||||||||
| Symbol | krztusiec_S1 | ||||||||
| Pfam | PF02917 | ||||||||
| InterPro | IPR003898 | ||||||||
| SCOP2 | 1bcp / ZAKRES / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
| Toksyna krztuśca, | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| identyfikatory podjednostek 2 i 3 | |||||||||
| Symbol | Krztusiec_S2S3 | ||||||||
| Pfam | PF02918 | ||||||||
| InterPro | IPR003899 | ||||||||
| SCOP2 | 1bcp / ZAKRES / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
| Toksyna krztuścowa, podjednostka 4 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identyfikatory | |||||||||
| Symbol | Pertus-S4-toks | ||||||||
| Pfam | PF09275 | ||||||||
| InterPro | IPR015355 | ||||||||
| SCOP2 | 1prt / ZAKRES / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
| Toksyna krztuśca, podjednostka 5 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identyfikatory | |||||||||
| Symbol | Pertus-S5-toks | ||||||||
| Pfam | PF09276 | ||||||||
| InterPro | IPR015356 | ||||||||
| SCOP2 | 1prt / ZAKRES / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
Toksyna krztuśca ( PT ) to oparta na białku egzotoksyna typu AB 5 wytwarzana przez bakterię Bordetella pertussis , która powoduje krztusiec . PT bierze udział w kolonizacji dróg oddechowych i powstawaniu infekcji. Badania sugerują, że PT może odgrywać rolę terapeutyczną w leczeniu wielu powszechnych dolegliwości u ludzi, w tym nadciśnienia, infekcji wirusowych i autoimmunizacji.
Historia
PT wyraźnie odgrywa kluczową rolę w patogenezie krztuśca , chociaż odkryto to dopiero na początku lat 80. W porównaniu z innymi epidemicznymi chorobami zakaźnymi krztusiec pojawił się stosunkowo niedawno. Najwcześniejsza wzmianka o krztuścu lub krztuścu dotyczy wybuchu epidemii w Paryżu w 1414 r. Została ona opublikowana w The Mirror of Health Moultona w 1640 r. Kolejna epidemia krztuśca miała miejsce w Paryżu w 1578 r. I została opisana przez współczesnego obserwatora, Guillaume de Baillou . Krztusiec był dobrze znany w całej Europie w połowie XVIII wieku. Jules Bordet i Octave Gengou opisali w 1900 roku odkrycie nowej „jajowatej pałeczki” w plwocinie 6-miesięcznego niemowlęcia z krztuścem. Jako pierwsi wyhodowali Bordetella pertussis w Instytucie Pasteura w Brukseli w 1906 roku.
Jedna różnica między różnymi gatunkami Bordetella polega na tym, że B. pertussis wytwarza PT, a inne gatunki nie. Bordetella parapertussis wykazuje największe podobieństwo do B. pertussis i dlatego została wykorzystana do badań określających rolę PT w wywoływaniu typowych objawów krztuśca. Badania na szczurach wykazały, że u szczurów zakażonych B. pertussis wystąpił napadowy kaszel, charakterystyczny dla krztuśca . Szczury zakażone B. parapertussis lub mutantem B. pertussis z niedoborem PT nie wykazywał tego objawu; żaden z tych dwóch szczepów nie wytwarzał PT.
Struktura
Duża grupa egzotoksyn bakteryjnych jest określana jako „toksyny A/B”, w zasadzie dlatego, że składają się one z dwóch podjednostek. Podjednostka „A” wykazuje aktywność enzymatyczną i jest przenoszona do komórki gospodarza po zmianie konformacyjnej podjednostki transportowej „B” związanej z błoną. Toksyna krztuścowa jest egzotoksyną składającą się z sześciu podjednostek (nazwanych od S1 do S5 — każdy kompleks zawiera dwie kopie S4 ). Podjednostki są ułożone w AB : składnik A jest aktywny enzymatycznie i jest utworzony z podjednostki S1, podczas gdy składnik B jest częścią wiążącą receptor i składa się z podjednostek S2–S5. Podjednostki są kodowane przez ptx zakodowane na dużym operonie PT , który zawiera również dodatkowe geny kodujące białka Ptl. Białka te razem tworzą kompleks wydzielniczy PT.
Mechanizm patogenezy
PT jest uwalniany z B. pertussis w postaci nieaktywnej. Po związaniu się z receptorem błony komórkowej PT jest wychwytywany przez endosom , po czym podlega transportowi wstecznemu do sieci trans-Golgiego i retikulum endoplazmatycznego . W pewnym momencie podczas tego transportu podjednostka A (lub protomer) zostaje aktywowana, być może w wyniku działania glutationu i ATP . PT katalizuje rybozylację ADP ? _ podjednostek heterotrimeryczne białko G. Zapobiega to interakcji białek G z receptorami sprzężonymi z białkiem G na błonie komórkowej , zakłócając w ten sposób komunikację wewnątrzkomórkową. Podjednostki Gi pozostają zablokowane w stanie nieaktywnym związanym z GDP, przez co nie są w stanie hamować aktywności cyklazy adenylanowej, co prowadzi do zwiększonego komórkowego stężenia cAMP.
Zwiększony wewnątrzkomórkowy cAMP wpływa na prawidłową sygnalizację biologiczną. Toksyna powoduje kilka skutków ogólnoustrojowych, między innymi zwiększone uwalnianie insuliny , powodując hipoglikemię . Nie wiadomo, czy działanie toksyny krztuśca jest odpowiedzialne za napadowy kaszel.
W wyniku tego unikalnego mechanizmu PT stało się również szeroko stosowane jako narzędzie biochemiczne do ADP-rybozylanu białek wiążących GTP w badaniu transdukcji sygnału. Stał się również niezbędnym składnikiem nowych szczepionek bezkomórkowych.
Wpływ na układ odpornościowy
Wykazano, że PT wpływa na wrodzoną odpowiedź immunologiczną. Hamuje wczesną rekrutację neutrofili i makrofagów oraz zakłóca wczesne wytwarzanie chemokin i hamowanie chemotaksji neutrofilów . Chemokiny są cząsteczkami sygnałowymi wytwarzanymi przez zakażone komórki i przyciągają neutrofile i makrofagi. Uważa się, że chemotaksja neutrofili jest zakłócana przez hamowanie receptorów chemokin sprzężonych z białkiem G przez rybozylację ADP białek Gi .
Ze względu na zakłócone szlaki sygnałowe, synteza chemokin zostanie zaburzona. Zapobiegnie to wytwarzaniu ich przez zakażoną komórkę, a tym samym hamowaniu rekrutacji neutrofili. W normalnych warunkach makrofagi pęcherzykowe i inne komórki płuc wytwarzają różne chemokiny. Stwierdzono, że PT hamuje wczesną transkrypcję chemokiny pochodzącej z keratynocytów, białka zapalnego 2 makrofagów i chemokiny CXC indukowanej przez LPS . Ostatecznie PT powoduje limfocytozę , jeden z ogólnoustrojowych objawów krztuśca.
PT, decydujący wyznacznik zjadliwości B. pertussis , jest w stanie przekroczyć barierę krew-mózg poprzez zwiększenie jej przepuszczalności. W rezultacie PT może powodować poważne powikłania neurologiczne; jednakże ostatnio odkryto, że medyczne zastosowanie krztuśca może sprzyjać rozwojowi regulatorowych limfocytów T i zapobiegać chorobom autoimmunologicznym ośrodkowego układu nerwowego, takim jak stwardnienie rozsiane.
Metabolizm
Wiadomo, że PT dysocjuje na dwie części w retikulum endoplazmatycznym (ER): aktywną enzymatycznie podjednostkę A (S1) i podjednostkę B wiążącą komórkę. Dwie podjednostki są oddzielone rozszczepieniem proteolowym. Podjednostka B ulegnie zależnej od ubikwityny degradacji przez proteasom 26S . Jednak w podjednostce A brakuje reszt lizyny , które są niezbędne do degradacji zależnej od ubikwityny . Dlatego podjednostka A PT nie będzie metabolizowana jak większość innych białek.
PT jest termostabilny i odporny na działanie proteaz, ale po rozdzieleniu A i B właściwości te ulegają zmianie. Podjednostka B pozostanie termostabilna w temperaturach do 60 ° C, ale jest podatna na degradację białka. Z kolei podjednostka A PT jest mniej podatna na degradację zależną od ubikwityny, ale jest niestabilna w temperaturze 37°C. Ułatwia to rozwijanie białka w ER i skłania komórkę do transportu podjednostki A do cytozolu, gdzie normalnie rozwinięte białka zostaną oznaczone do degradacji. Tak więc rozwinięta konformacja będzie stymulować ERAD pośredniczona translokacja PT A do cytosolu. Gdy znajdzie się w cytozolu, może związać się z NAD i ponownie utworzyć stabilne, pofałdowane białko. Bycie niestabilnym termicznie jest także piętą achillesową podjednostki A PT. Jak zawsze istnieje równowaga między stanem złożonym i rozłożonym. Kiedy białko jest niesfałdowane, jest podatne na degradację przez proteasom 20S, który może degradować tylko niesfałdowane białka.
PT i szczepionki
Od czasu wprowadzenia szczepionek przeciwko krztuścowi w latach czterdziestych i pięćdziesiątych XX wieku opisano różne zmiany genetyczne otaczające toksynę krztuścową.
Pojawienie się ptxP3
ptxP jest genem promotorowym toksyny krztuścowej. Istnieje dobrze udokumentowane pojawienie się i globalne rozprzestrzenianie się ptxP3 ewoluujących z natywnych szczepów ptxP1 i zastępujących je, co wiąże się ze zwiększoną produkcją toksyny, a tym samym zwiększoną zjadliwością. Takie rozprzestrzenianie się zostało udokumentowane w wielu krajach i czasami, ale nie zawsze, wiązało się z odrodzeniem krztuśca pod koniec XX wieku. Kraje z udokumentowanym rozprzestrzenianiem się ptxP3 to Australia, Dania, Finlandia, Iran, Włochy, Japonia, Holandia i Szwecja.
