Цитолетальный расширяющий токсин
| Цитолетальный расширяющий токсин | |||
|---|---|---|---|
 Кристаллическая структура полностью собранного цитолетального токсина Haemophilus ducreyi, расширяющегося | |||
| Идентификаторы | |||
| Символ | CDT | ||
| Пфам | PF03498 | ||
| Пфам Клан | CL0066 | ||
| ИнтерПро | ИПР003558 | ||
| |||
Цитолетальные расширяющие токсины (сокращенно CDT ) представляют собой класс гетеротримерных продуцируемых токсинов, некоторыми грамотрицательными бактериями , которые проявляют ДНКазную активность. [ 1 ] [ 2 ] G2/M Эти токсины вызывают остановку клеточного цикла в определенных клеточных линиях млекопитающих, что приводит к увеличению или растяжению клеток, в честь которых названы эти токсины. [ 3 ] Пораженные клетки погибают в результате апоптоза . [ 1 ]
Каждый токсин состоит из трех отдельных субъединиц, названных в алфавитном порядке в том порядке, в котором их кодирующие гены появляются в cdt опероне . Цитолетальные расширяющие токсины классифицируются как AB-токсины с активной субъединицей («А»), которая непосредственно повреждает ДНК, и связывающей субъединицей («В»), которая помогает токсину прикрепляться к клеткам-мишеням. CdtB является активной субъединицей и гомологом млекопитающих ДНКазы I , тогда как CdtA и CdtC составляют связывающую субъединицу. [ 4 ]
токсины продуцируются грамотрицательными патогенными бактериями типа Pseudomonadota . Цитолетальные расширяющие Многие из этих бактерий, в том числе Shigelladysenteriae , Haemophilus ducreyi и Escherichia coli , заражают человека. Бактерии, продуцирующие CDT, часто стойко колонизируют своего хозяина. [ 1 ]
История
[ редактировать ]Первое зарегистрированное наблюдение цитолеторасширяющего токсина было в 1987 году в патогенном штамме E. coli, выделенном от молодого пациента. [ 3 ] Позже в том же году учёные У.М. Джонсон и Х. Лиор опубликовали журнальную статью «Продукция шига-токсина и цитолетального токсина, расширяющего структуру (CLDT) серогруппами Shigella видов » в журнале Microbiology Letters . [ 1 ] Открытие других бактерий, продуцирующих токсины CDT, продолжается и по сей день.
В 1994 году Скотт и Капер клонировали и секвенировали оперон cdt из другого штамма E. coli , опубликовав его в журнале Infection and Immunity . [ 1 ] [ 5 ] Три обнаруженных гена были обозначены cdtA , cdtB и cdtC . [ 5 ]
была опубликована первая из многих статей, показывающая остановку клеточного цикла G2/M, вызванную токсином, расширяющим цитолеты В 1997 году в журнале Molecular Microbiology . [ 1 ] Исследование было сосредоточено на другом штамме кишечной палочки . За этой статьей последовала публикация в журнале Infectious Immunity в 1999 году , в которой было продемонстрировано, что CDT H. ducreyi вызывает гибель клеток посредством апоптоза . Этот вывод был также подтвержден для других токсинов, расширяющих цитолеты, в последующих исследованиях.
Открытие гомологии cdtB с и текущая модель млекопитающих ДНКазой I AB для этого токсина были опубликованы в начале 2000 года. [ 2 ] [ 6 ] Дальнейшие исследования и публикации кристаллических структур токсинов CDT двух разных видов продолжают поддерживать эту модель. [ 1 ]
Источники
[ редактировать ]Все известные цитолетальные расширяющие токсины продуцируются грамотрицательными бактериями Gammaproteobacteria и Campylobacterota . В некоторых случаях бактерии, продуцирующие CDT, являются патогенами человека . К важным с медицинской точки зрения производителям CDT относятся: [ 1 ]
- Haemophilus ducreyi ( шанкры )
- Aggregatibacter actinomycetemcomitans ( пародонтит )
- Escherichia coli (различные заболевания)
- Shigella дизентерия ( дизентерия )
- Salmonella enterica серотипа Typhi ( брюшной тиф )
- Campylobacter upsaliensis ( энтероколит )
- Campylobacter jejuni (энтероколит)
Бактерии, продуцирующие ЦДТ, часто связаны со слизистыми оболочками, например желудка и кишечника, а также с персистирующими инфекциями. Токсины либо секретируются свободно, либо связываются с мембраной бактерий-продуцентов. [ 1 ]
Номенклатура
[ редактировать ]Отдельные цитолетальные расширяющие токсины названы в честь видов бактерий, из которых они выделены. По состоянию на 2011 год большинство ученых приняли практику размещения первой буквы как рода, так и вида перед названием токсина, чтобы отразить его источник (т.е. CDT из Haemaphilus ducreyi называется HdCDT). [ 1 ] [ 7 ] Если несколько подвидов продуцируют разные токсины, как в случае с кишечной палочкой , после второй буквы можно добавить римские цифры. [ 7 ] Как полные токсины, так и отдельные субъединицы маркируются с использованием этого соглашения.
В ответ на продолжающееся открытие дополнительных цитолетальных токсинов, расширяющих цитолеты, в обзоре 2011 года было предложено расширить названия токсинов, включив в них первые три буквы названия вида (т.е. HducCDT для Haemaphilus ducreyi CDT). [ 1 ]
Клеточные эффекты
[ редактировать ]Токсины CDT представляют собой генотоксины, способные напрямую повреждать ДНК в клетках-мишенях. Это единственные обнаруженные токсины типа AB , которые проявляют ДНКазную активность, что позволяет им вносить разрывы в ДНК клетки-мишени. [ 1 ] [ 4 ]
Во многих клеточных линиях, включая человеческие фибробласты , эпителиальные клетки , эндотелиальные клетки и кератиноциты G2/M , CDT вызывают остановку клеточного цикла , растяжение цитоплазмы и возможную гибель клеток посредством апоптоза . [ 1 ] [ 3 ] [ 8 ] Большинство публикаций связывают остановку цикла G2/M с накоплением необратимых повреждений ДНК в результате активности ДНКазы токсина как триггера остановки клеточного цикла G2/M, но другие исследования показывают, что эта модель неполна. [ 8 ] Расширение цитоплазмы является прямым результатом остановки клеточного цикла G2/M. Клетка увеличивается в размерах, готовясь к митозу , но не может делиться, чтобы восстановить свой нормальный размер. Помимо классического апоптоза, признаки клеточного старения также наблюдались в нормальных и раковых клеточных линиях (фибробластах, HeLa и U2-OS) после интоксикации CDT. [ 9 ]
В лимфоцитах гибель клеток происходит быстро и ей не предшествует значительное растяжение цитоплазмы. [ 8 ] Способность этих токсинов по-разному воздействовать на лимфоциты может быть полезной для бактерий, которые используют эти токсины, но механизм этого явления еще недостаточно изучен.
Структура токсина
[ редактировать ]Активный собранный токсин представляет собой трехчастную структуру с тремя отдельными субъединицами — CdtA, CdtB и CdtC. По функции это токсин AB . В этом контексте субъединица CdtB фактически является каталитически активной субъединицей «A», а CdtA и CdtC вместе образуют связывающую субъединицу «B», которая помогает токсину связываться и проникать в клетки-мишени. [ 6 ] В некоторой литературе структура токсина обозначается как AB 2 , что отражает наличие как CdtA, так и CdtC.
В отличие от всех других CDT, серовар Salmonella enterica Typhi CDT (SeCDT) не имеет гомологов CdtA и CdtC. , кодируемые близко к активной субъединице cdtb , играют важную роль в клеточной интоксикации. Однако было показано, что коклюшноподобные токсины А и В (pltA/pltB) [ 10 ] PltA и PltB имеют структуру, отличную от CdtA и CdtC, что способствует активности CdtB по-другому. Было обнаружено, что как PltA, так и PltB непосредственно связываются с CdtB in vitro . [ 10 ] Кроме того, в отличие от всех других CDT, генотоксин сальмонеллы вырабатывается только при бактериальной интернализации в инфицированных клетках, поэтому трафик SeCDT может значительно отличаться от канонического.
CdtB
[ редактировать ]CdtB считается активной субъединицей голотоксина CDT. Микроинъекция CdtB в чувствительные клетки без CdtA или CdtC приводит к остановке клеточного цикла G2/M и растяжению цитоплазмы, характерному для токсинов CDT. [ 2 ] Структура CdtB хорошо консервативна у разных бактерий. Субъединица CdtB является наиболее последовательно консервативной между видами. [ 4 ] Молекулярная масса CdtB колеблется от 28 до 29 кДа, в зависимости от вида. [ 1 ]
называется субъединицей «А» В качестве активной субъединицы CdtB в соответствии с моделью токсина AB . [ 1 ] Эта запутанная номенклатура возникла из-за того, что субъединицы токсина были названы до того, как были поняты их индивидуальные функции.
Активность
[ редактировать ]CdtB проявляет по крайней мере две ферментативные активности: ДНКазную активность, способную вводить двухцепочечные разрывы в ДНК, и фосфатазную активность, напоминающую фосфатидилинозитол-3,4,5-трифосфатазу. [ 2 ] [ 8 ] Обе активности могут быть продемонстрированы in vitro в отсутствие двух других субъединиц. [ 11 ] Относительная важность каждого вида деятельности in vivo неясна. [ 11 ] Мутации, которые снижают любую активность, также снижают способность токсина индуцировать остановку фазы G2/M, по крайней мере, в некоторых восприимчивых клеточных линиях . [ 2 ] [ 8 ]
Сходства с ДНКазой I млекопитающих
[ редактировать ]CdtB функционально гомологичен млекопитающих ДНКазе I и содержит консервативную последовательность пентапептида, обнаруженную во всех ферментах ДНКазы I на сегодняшний день. [ 2 ] несколько остатков, критически важных для способности ДНКазы I разрывать фосфодиэфирные связи Кроме того, в структуре CdtB обнаружено в основной цепи ДНК. В статье 2002 года, посвященной изучению влияния точечных мутаций на пять из этих остатков, было обнаружено, что четыре из пяти протестированных мутаций упразднили как способность CdtB разрушать ДНК в бесклеточных экстрактах, так и вызывать остановку G2/M при микроинъекции. Пятая мутация умеренно снижала активность CdtB. [ 2 ]
CdtA и CdtC
[ редактировать ]CdtA и CdtC составляют субъединицу B голотоксина CDT, ответственную за нацеливание CdtB на восприимчивые клетки. [ 6 ] Ни одна из субъединиц не является высококонсервативной, при этом идентичность последовательностей между разными видами часто ниже 30%. [ 4 ] Молекулярная масса CdtA колеблется от 23 кДа до 30 кДа, тогда как CdtC — от 19 кДа до 21 кДа в зависимости от вида. [ 1 ]
Активность
[ редактировать ]Считается, что CdtA и CdtC связываются с поверхностью клеток-мишеней. Точный механизм этого связывания неясен и может не сохраняться между токсинами CDT разных видов. [ 1 ] [ 11 ] Предполагаемые мишени связывания CdtA и CdtC включают холестерин, N-связанные гликаны и гликосфинголипиды. [ 11 ] Текущие исследования дали противоречивые результаты относительно фактической важности этих предложенных целей. [ 1 ] [ 11 ] И CdtA, и CdtC содержат лектиновые домены, [ 12 ] предполагая, что токсин может связываться через углеводы на поверхности клетки-мишени, тогда как другие исследования показали, что мишенью являются поверхностные белки. [ 1 ]
Примечания
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с Джинадаса Р.Н., Блум С.Е., Вайс Р.С., Дюамель Г.Е. (июль 2011 г.). «Цитолетальный расширяющий токсин: консервативный бактериальный генотоксин, который блокирует развитие клеточного цикла, приводя к апоптозу широкого спектра клеточных линий млекопитающих» . Микробиология . 157 (Часть 7): 1851–75. дои : 10.1099/mic.0.049536-0 . ПМК 3167888 . ПМИД 21565933 .
{{cite journal}}: CS1 maint: неотмеченный бесплатный DOI ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б с д и ж г Шерилин А. Элвелл; Лоуренс А. Дрейфус (2000). «Остатки, гомологичные ДНКазе I в CdtB, имеют решающее значение для остановки клеточного цикла, опосредованной токсином, расширяющим цитолеты» . Молекулярная микробиология . 37 (4): 952–963. дои : 10.1046/j.1365-2958.2000.02070.x . ПМИД 10972814 . S2CID 10087538 .
- ^ Jump up to: а б с Дрейфус, Лоуренс А. (2003), «Циотлетальный расширяющий токсин» , в Д. Бернсе; и др. (ред.), Бактериальные белковые токсины , Вашингтон, округ Колумбия: ASM Press, стр. 257–270.
- ^ Jump up to: а б с д Герра Л., Кортес-Братти X, Гуиди Р., Фризан Т. (март 2011 г.). «Биология цитолетальных токсинов, расширяющих структуру» . Токсины . 3 (12): 172–90. дои : 10.3390/toxins3030172 . ПМК 3202825 . ПМИД 22069704 .
- ^ Jump up to: а б Скотт Д.А., Капер Дж.Б. (январь 1994 г.). «Клонирование и секвенирование генов, кодирующих цитолетальный токсин Escherichia coli» . Инфекция и иммунитет . 62 (1): 244–51. дои : 10.1128/iai.62.1.244-251.1994 . ПМК 186093 . ПМИД 8262635 .
- ^ Jump up to: а б с Лара-Техеро М., Галан Дж.Э. (июль 2001 г.). «CdtA, CdtB и CdtC образуют трехчастный комплекс, который необходим для активности цитолетального токсина» . Инфекция и иммунитет . 69 (7): 4358–65. дои : 10.1128/IAI.69.7.4358-4365.2001 . ПМК 98507 . ПМИД 11401974 .
- ^ Jump up to: а б Химена Кортес-Братти; Тереза Фризан; Моника Телестам (2001). «Цитолетальные расширяющиеся токсины вызывают повреждение ДНК и остановку клеточного цикла». Токсикон . 39 (11): 1729–1736. дои : 10.1016/S0041-0101(01)00159-3 . ПМИД 11595635 .
- ^ Jump up to: а б с д и Брюс Дж. Шенкер; Менсур Длакич; Лиза П. Уокер; Дэйв Бесак; Эйлин Джаффе; Эд ЛаБелль; Кэтлин Боэзе-Батталья (2007). «Новый механизм действия иммунотоксина микробного происхождения: субъединица B цитолетального расширяющегося токсина проявляет активность фосфатидилинозитол-3,4,5-трифосфатфосфатазы» . Журнал иммунологии . 178 (8): 5099–5108. дои : 10.4049/jimmunol.178.8.5099 . ПМК 4472023 . ПМИД 17404292 .
- ^ Блажкова Х., Крейчикова К., Мудри П., Фризан Т., Ходни З., Бартек Дж. (январь 2010 г.). «Бактериальная интоксикация вызывает клеточное старение с постоянным повреждением ДНК и передачей сигналов цитокинов» . Журнал клеточной и молекулярной медицины . 14 (1–2): 357–67. дои : 10.1111/j.1582-4934.2009.00862.x . ПМЦ 3837606 . ПМИД 19650831 .
- ^ Jump up to: а б Спано С., Угальде Х.Э., Галан Х.Е. (январь 2008 г.). «Доставка экзотоксина Salmonella Typhi из внутриклеточного компартмента хозяина» . Клетка-хозяин и микроб . 3 (1): 30–8. дои : 10.1016/j.chom.2007.11.001 . ПМИД 18191792 .
- ^ Jump up to: а б с д и Эшраги А., Мальдонадо-Арочо Ф.Дж., Гарги А., Кардуэлл М.М., Прути М.Г., Бланке С.Р., Брэдли К.А. (июнь 2010 г.). «На членов семейства цитолетальных токсинов по-разному влияют изменения в гликанах хозяина и мембранном холестерине» . Журнал биологической химии . 285 (24): 18199–207. дои : 10.1074/jbc.m110.112912 . ПМЦ 2881744 . ПМИД 20385557 .
- ^ Несич Д., Сюй Ю., Стеббинс С.Э. (май 2004 г.). «Сборка и функция бактериального генотоксина». Природа . 429 (6990): 429–33. Бибкод : 2004Natur.429..429N . дои : 10.1038/nature02532 . ПМИД 15164065 . S2CID 4373500 .