toksyna RTX

Nadrodzina toksyn RTX to grupa cytolizyn i cytotoksyn wytwarzanych przez bakterie. Istnieje ponad 1000 znanych członków z różnymi funkcjami. Rodzina RTX jest zdefiniowana przez dwie wspólne cechy: charakterystyczne powtórzenia w sekwencjach białek toksyn oraz zewnątrzkomórkowe wydzielanie przez układy sekrecyjne typu I (T1SS) . Nazwa RTX (powtarza się w toksynie) odnosi się do bogatych w glicynę i asparaginian powtórzeń znajdujących się na C-końcu białek toksyny, które ułatwiają eksport przez dedykowany T1SS zakodowany w operon rtx .

Struktura i funkcja

Białka RTX mają wielkość od 40 do ponad 600 kDa i wszystkie zawierają zlokalizowane na C-końcu sekwencje powtórzeń dziewięciu aminokwasów bogate w glicynę i asparaginian . Powtórzenia zawierają wspólną strukturę sekwencji [GGXGXDX[L/I/V/W/Y/F]X] (gdzie X oznacza dowolny aminokwas), ale liczba powtórzeń jest różna w obrębie członków rodziny białek RTX. Te regiony konsensusowe działają jako miejsca wiązania Ca2 + , które ułatwiają fałdowanie białka RTX po eksporcie przez układ wydzielniczy typu 1, w którym pośredniczy ATP (T1SS). Większość białek T1SS jest zakodowana w operon rtx . Białka T1SS tworzą ciągły kanał obejmujący zarówno błonę wewnętrzną (IM), jak i błonę zewnętrzną (OM) komórki bakteryjnej, zapobiegając ekspozycji toksyny RTX na przestrzeń peryplazmatyczną (pomiędzy IM a OM). Składniki układu wydzielniczego typu 1 obejmują: transporter ABC (TC# 3.A.1), błonowe białko fuzyjne (MFP; TC# 8.A.1) i białko błony zewnętrznej (OMF; TC# 1.B. 17). OMF jest często kodowany poza operonem rtx, ponieważ może pełnić wiele funkcji w komórce. W Escherichia coli , Pasteurella haemolytica i Vibrio cholerae , TolC działa jako OMP w eksporcie toksyny T1SS RTX. W każdym przypadku tolC znajduje się poza operonem rtx i koduje konserwatywne białko wielofunkcyjne. Podczas transportu T1SS rozpoznaje C-końcowe powtórzenia toksyny RTX, a C-koniec jest przenoszony jako pierwszy przez kanał.

Ogólny klaster genów rtx koduje trzy typy białek: toksynę RTX, acylotransferazę aktywującą RTX i białka T1SS. Toksyna jest nieaktywna do czasu modyfikacji potranslacyjnej przez aktywator toksyny RTX kodowany w układzie cis, który zwykle występuje w komórce docelowej. Acylotransferaza aktywująca RTX katalizuje przyłączanie kwasów tłuszczowych z wiązaniami acylowymi do znajdujących się wewnętrznie reszt lizyny w toksynie RTX. Ta modyfikacja jest wymagana we wszystkich toksynach RTX; jednak jego dokładna funkcja w toksyczności RTX nie jest zrozumiała. Członkowie rodziny toksyn RTX wykazują szeroki zakres funkcji i zazwyczaj wiele domen funkcjonalnych. Tworzenie porów jest jedyną znaną wspólną funkcją cytotoksyn RTX, a pory są zazwyczaj selektywne dla kationów, co pozwala na napływ Ca 2+ w komórkach docelowych.

Członkowie nadrodziny RTX (RTX (TC# 1.C.11); HrpZ (TC# 1.C.56) i CCT (TC# 1.C.57)) zawierają powtarzające się sekwencje, które znajdują się również w autotransporterach (np. , 1.B.12.10.1 i 1.B.40.1.2) oraz TolA (2.C.1.2.1). Domeny te prawdopodobnie pośredniczą w interakcjach białko-białko.

Rodziny

Baza danych klasyfikacji transporterów dzieli nadrodzinę toksyn RTX na 3 różne rodziny homologów w oparciu o analizę bioinformatyczną i filogenetyczną:

Toksyny RTX pierwotnie podzielono na hemolizyny i leukotoksyny. Jednak dowody wykazały działanie leukotoksyczne w hemolizynach, co doprowadziło do przeklasyfikowania podgrup toksyn RTX na dwie rodziny: leukotoksyny tworzące pory ( rodzina toksyn RTX , 1.C.11.1.1 ) i toksyny MARTX ( rodzina CCT , 1. C.57.3.4 ) (wielofunkcyjne autoprzetwarzające toksyny RTX). Toksyny MARTX są znacznie większe niż toksyny RTX i są eksportowane przez zmodyfikowane układy wydzielnicze typu 1 zawierające dodatkowy transporter ABC .

Rodzina toksyn RTX tworzących pory (toksyna RTX).

Rodzina toksyn RTX ( TC# 1.C.11 ) (podrodzina nadrodziny toksyn RTX) to duża rodzina wielodomenowych egzotoksyn tworzących pory bakterii Gram-ujemnych. Są wydzielane z bakterii, a po przetworzeniu wprowadzane są do błon komórek zwierzęcych. Wywierają one działanie zarówno specyficzne dla typu komórki, jak i dla gatunku (np. leukotoksyna M. haemolytica oddziałuje tylko z makrofagami pęcherzykowymi, neutrofilami i limfocytami przeżuwaczy i uważa się, że promuje proliferację bakterii poprzez zabijanie lub obezwładnianie tych komórek). Toksyny te rozpoznają receptory białkowe, takie jak β2 -integryny, tworzą pory w wysokich stężeniach i powodują pękanie komórek przez mechanizmy, które nie są dobrze poznane. Uważa się, że trzy domeny transbłonowe biorą udział w tworzeniu porów, które w E. coli HlyA ( TC# 1.C.11.1.3 ) znajdują się w pozycjach reszt 299-319, 361-381 i 383-403. Jednak w niskich, sublitycznych stężeniach leukotoksyna (TC# 1.C.11.1.1 ) powoduje aktywację neutrofili , wytwarzanie cytokin zapalnych, degranulację, wytwarzanie wolnych rodników pochodzących z tlenu i zmiany morfologiczne zgodne z apoptozą .

C-końcowa domena toksyny cyklazy adenylanowej (ACT lub CyaA; TC# 1.C.11.1.4 ) Bordetella pertussis tworzy mały kationoselektywny kanał, zaburzając barierę przepuszczalności. Ten kanał prawdopodobnie nie dostarcza N-końcowej cyklazy adenylanowej do cytoplazmy komórki gospodarza. Jednak mutacje w resztach amfipatycznej α-helisy (Glu509 i Glu516) w domenie tworzącej pory blokują translokację cyklazy adenylanowej i modulują również selektywność kationową kanału błonowego, ponieważ translokacja i aktywność tworzenia porów wykorzystują te same elementy strukturalne cząsteczki toksyny w alternatywny i wzajemnie niezależny sposób. ACT wykorzystuje receptor integryny CD11b/CD18 (receptor 3 dopełniacza) beta2 na mieloidalnych komórkach fagocytarnych, ale z niską skutecznością może penetrować także komórki pozbawione tego receptora lub wbudowywać się w liposomy. Fosfatydyloetanoloamina i cholesterol stymulują wstawianie ACT. ACT promuje również przerzucanie lipidów, co sugeruje, że ACT tworzy trans-dwuwarstwowe nielamelarne struktury lipidowe, gdy wstawia się do błony. CyaA może tworzyć dwa różne typy struktur podobnych do porów, w zależności od orientacji potencjału błonowego i pH.

Reakcja transportu

Uogólniona reakcja transportowa proponowana dla członków rodziny toksyn RTX to:

małe cząsteczki (wejście) → małe cząsteczki (wyjście).

Przykłady

Toksyny RTX są wytwarzane przez różne bakterie Gram-ujemne. Produkcja toksyny RTX i geny rtx zostały odkryte w wielu rodzajach bakterii, w tym Escherichia , Proteus i Bordetella . Członkowie rodziny Pasteurellaceae również produkują toksyny RTX. Rodzaj Vibrio , który obejmuje V. cholerae i V. vulnificus , wytwarza toksyny MARTX, inną klasę białek RTX.

W Escherichia coli

Toksyny RTX wykryto w wielu szczepach patogennych bakterii E. coli . Prototypowa toksyna RTX, α-hemolizyna (HlyA; TC# 1.C.11.1.3 ), jest powszechnym czynnikiem zjadliwości u uropatogennych E. coli (UPEC) , głównej przyczyny infekcji dróg moczowych . Operon hly koduje toksynę RTX (HlyA), białko aktywujące HlyA HlyC (acylotransferaza ; TC # 9.A.40.1.1 ) i dwa białka maszynerii T1SS . Hyl T1SS zawiera transporter ABC HlyB ( TC# 3.A.1.109.1 ), błonowe białko fuzyjne HlyD (TC# 8.A.1.3.1 ) i białko błony zewnętrznej TolC ( TC# 1.B.17.1.1 ). Podczas gdy geny hlyB i hlyD znajdują się w operonie hly, TolC jest wielofunkcyjnym białkiem kodowanym poza operonem hly.

Enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC) również wytwarza toksynę RTX. Hemolizynę EHEC (EHEC-Hly) wykryto w serotypie EHEC O157:H7. Operon EHEC-Hly zawiera cztery homologi E. coli hly : EHEC-hlyA, EHEC-hlyC, EHEC-hlyB i EHEC-hlyD. Toksyny Shiga (Stx) są głównymi czynnikami wirulencji enterokrwotocznej E. coli , ale EHEC wytwarza kilka innych czynników wirulencji zdolnych do uszkodzenia śródbłonka naczyniowego w zakażeniach EHEC. EHEC-Hly ulega ekspresji w wielu serogrupach EHEC, o których wiadomo, że powodują ciężkie infekcje u ludzi. EHEC-Hly jest transportowany w wydzielanych przez EHEC pęcherzykach błony zewnętrznej (OMV) in vitro . Ten sposób transportu zwiększa zjadliwość, pomagając w dostarczaniu EHEC-Hly do komórek docelowych.

W Vibrio cholerae

Toksyny RTX w bakteriach Vibrio stanowią wczesne odkrycie w badaniach nad toksynami RTX, ale dopiero niedawno odkryto, że należą do odrębnej klasy toksyn RTX zwanych toksynami MARTX. W Vibrio cholerae gen martx koduje sześć białek: toksynę MARTX (RtxA), acylotransferazę (RtxC), białko fuzyjne błonowe (RtxD), dwa transportery ABC (RtxB i RtxE) oraz jedno białko o nieznanej funkcji. RtxA jest czynnikiem wirulencji związanym z cholerą, który ułatwia kolonizację V. cholerae jelita cienkiego. RtxA powoduje zniszczenie cytoszkieletu aktynowego w komórkach gospodarza poprzez modyfikację G-aktyny i zniszczenie GTPaz Rho . Toksyna zawiera cztery domeny funkcjonalne: domenę sieciującą aktynę (ACD), domenę inaktywującą Rho (RID), domenę proteazy cysteinowej (CPD) i αβ-hydrolazę. W V. cholerae CPD wiąże się z heksakisfosforanem inozytolu (InsP 6 , kwas fitynowy) wewnątrz eukariotycznych komórek gospodarza. To wiązanie aktywuje autoproteolityczny CPD, który rozszczepia białko MARTX na mniejsze niezależne białka, z których każde zawiera tylko jedną z domen efektorowych ACD, RID i αβ-hydrolazę. Pozwala to każdemu efektorowi działać niezależnie w komórce gospodarza, co zwiększa efekty RtxA, ponieważ ACD i RID działają w różnych miejscach w komórce. ACD sieciuje monomeryczną G-aktynę w cytozolu komórki gospodarza, zapobiegając tworzeniu się mikrofilamentu aktyny, głównego składnika cytoszkieletu. RID inaktywuje związane z błoną Rho-GTPazy, które są regulatorami tworzenia cytoszkieletu.

W Bordetella pertussis

Toksyna cyklazy adenylanowej (ACT lub CyaA) jest głównym czynnikiem wirulencji u Bordetella pertussis . CyaA to wielofunkcyjna toksyna z rodziny RTX, której celem są fagocyty mieloidalne, upośledzając wrodzoną odpowiedź immunologiczną i promując kolonizację B. pertussis . cyaA _ operon koduje pięć białek CyaA (toksyna RTX), CyaC (białko aktywujące CyaA) i trzy białka T1SS: CyaB (transporter ABC), CyaD (białko fuzyjne błony) i CyaE (białko błony zewnętrznej). Białko CyaA zawiera domenę cyklazy adenylanowej (domena AC) i domenę hemolityczną/cytolityczną. Funkcja hemolityczna tworzy pory w komórkach docelowych, podczas gdy domena AC inwazyjna dla komórek przemieszcza się przez błonę komórkową do cytozolu komórkowego. CyaA wiąże integrynę α M β 2 , wbudowuje się w błonę komórkową i otwiera przejściową drogę napływu Ca 2+ jony aktywujące kalpainę. Umożliwia to repozycjonowanie toksyny CyaA w błonie komórkowej do mikrodomen błonowych wzbogaconych w cholesterol (tratwy lipidowe) i translokacja domeny AC przez błonę do cytozolu komórkowego jest zakończona. Gdy domena AC zostanie zinternalizowana do cytozolu, jest aktywowana przez wiązanie kalmoduliny i katalizuje nieuregulowaną konwersję cytozolowego ATP do cAMP, podnosząc ją w ten sposób do poziomu cytotoksycznego.

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=RTX_toxin&oldid=1093259194 ”