Токсин-1 синдрома токсического шока
| Токсин-1 синдрома токсического шока | |||
|---|---|---|---|
 Кристаллографическая структура ТССТ-1 | |||
| Идентификаторы | |||
| Организм | |||
| Символ | тест | ||
| ПДБ | 3ТСС | ||
| RefSeq (защита) | WP_001035596.1 | ||
| ЮниПрот | P06886 | ||
| |||
Токсин-1 синдрома токсического шока ( TSST-1 ) представляет собой суперантиген размером 22 кДа . [ 1 ] продуцируется от 5 до 25% изолятов Staphylococcus aureus . Он вызывает синдром токсического шока (СТШ), стимулируя высвобождение большого количества интерлейкина-1 , интерлейкина-2 и фактора некроза опухоли . Как правило, токсин не вырабатывается бактериями, растущими в крови; скорее, он вырабатывается в местном месте инфекции, а затем попадает в кровоток.
Характеристики
[ редактировать ]Токсин-1 синдрома токсического шока (TSST-1), прототип суперантигена, секретируемый штаммом бактерий Staphylococcus aureus у восприимчивых хозяев, действует на сосудистую систему, вызывая воспаление, лихорадку и шок. [ 2 ] Штамм бактерии, продуцирующий TSST-1, можно обнаружить в любой части тела, но в основном он живет во влагалище инфицированных женщин. TSST-1 — это бактериальный экзотоксин, обнаруживаемый у пациентов, у которых развился синдром токсического шока (СТШ), который можно обнаружить у менструирующих женщин, а также у любого мужчины или ребенка, если уж на то пошло. [ 3 ] Треть всех случаев СТШ обнаружена у мужчин. [ 4 ] Эта статистика могла быть связана с хирургическими ранами или любыми кожными ранами. [ 4 ] TSST-1 является причиной 50% неменструальных и 100% всех менструальных случаев СТШ. [ 5 ]
Структура
[ редактировать ]В нуклеотидной последовательности TSST-1 имеется открытая рамка считывания из 708 пар оснований и последовательность Шайна-Дальгарно , которая находится на семь пар оснований ниже стартового сайта. [ 6 ] Во всей нуклеотидной последовательности всего 40 аминокислот составляют сигнальный пептид. Один сигнальный пептид состоит из конца от 1 до 3 основных аминокислот, гидрофобной области из 15 остатков, пролина (Pro) или глицина (Gly) в гидрофобной основной области, аминокислоты серина (Ser) или треонина (Thr). вблизи карбоксильного конца гидрофобного ядра и аланин (Ala) или глицин (Gly) в месте расщепления. [ 6 ] Зрелый белок TSST-1 имеет кодирующую последовательность из 585 пар оснований. [ 6 ] Полная нуклеотидная последовательность была определена Бломстером-Хаутамаазгом и др., а также другими исследователями в других экспериментах. [ 6 ] Голотоксин TSST-1, состоящий из одной полипептидной цепи, имеет трехмерную структуру и состоит из альфа (α) и бета (β) доменов. [ 1 ] Эта трехмерная структура белка TSST-1 была определена путем очистки кристаллов белка. [ 1 ] Эти две области соседствуют друг с другом и обладают уникальными качествами. Домен A, больший из двух доменов, содержит остатки 1–17 и 90–194 в TSST-1 и состоит из длинной альфа-(α)-спирали с остатками 125-140, окруженной 5-цепочечным бета-(β) листом. [ 1 ] [ 5 ] Домен B уникален, поскольку содержит остатки 18–89 в TSST-1 и состоит из (β)-цилиндра, состоящего из 5 β-цепей. [ 1 ] Методы кристаллографии показывают, что внутренний β-цилиндр домена B содержит несколько гидрофобных аминокислот и гидрофильные остатки на поверхности домена, что позволяет TSST-1 пересекать слизистые поверхности эпителиальных клеток. [ 1 ] Хотя TSST-1 состоит из нескольких гидрофобных аминокислот, этот белок хорошо растворим в воде. [ 5 ] TSST-1 устойчив к нагреванию и протеолизу. Было показано, что TSST-1 можно кипятить более часа без какой-либо денатурации или прямого влияния на его функцию. [ 5 ]
Производство
[ редактировать ]TSST-1 — белок, кодируемый геном tst , который является частью мобильного генетического элемента острова патогенности стафилококка 1. [ 1 ] Токсин вырабатывается в наибольших объемах во время постэкспоненциальной фазы роста, что характерно для суперантигенов пирогенных токсинов, также известных как PTSAgs. [ 1 ] кислород , Для производства ТССТ-1 необходим [ 7 ] помимо присутствия животного белка, низкого уровня глюкозы и температуры 37–40 ° C (99–104 ° F). [ 1 ] Производство оптимально при pH, близком к нейтральному, и при магния . низком уровне [ 8 ] и дополнительно усиливается за счет высоких концентраций S. aureus , что указывает на его важность в установлении инфекции. [ 1 ]
TSST-1 отличается от других PTSAg тем, что его генетическая последовательность не имеет гомолога с последовательностями других суперантигенов. [ 1 ] TSST-1 не имеет цистеиновой петли, которая является важной структурой в других PTSAg. [ 9 ] TSST-1 также отличается от других ПТСАг своей способностью проникать через слизистые оболочки , поэтому он является важным фактором менструального СТШ. [ 1 ] Когда белок транслируется, он находится в пробелковой форме и может покинуть клетку только после отщепления сигнальной последовательности. [ 1 ] Локус agr ( регулятор дополнительного гена ). [ а ] является одним из ключевых мест позитивной регуляции многих генов S. aureus , включая TSST-1. [ 9 ] Кроме того, изменения в экспрессии генов ssrB и srrAB влияют на транскрипцию TSST-1. [ 7 ] Кроме того, высокие уровни глюкозы ингибируют транскрипцию, поскольку глюкоза действует как репрессор катаболита . [ 1 ]
Мутации
[ редактировать ]На основании исследований различных мутаций белка выяснилось, что суперантигенная и летальная части белка разделены. [ 1 ] В частности, один вариант, TSST-овечьий или TSST-O, был важен для определения областей биологической значимости в TSST-1. [ 12 ] TSST-O не вызывает СТШ, немитогенен и отличается по последовательности от TSST-1 на 14 нуклеотидов , что соответствует 9 аминокислотам. [ 12 ] Два из них отщепляются как часть сигнальной последовательности и поэтому не играют важной роли в наблюдаемой разнице в функциях. [ 12 ] В ходе исследований, наблюдающих за различиями в этих двух белках, было обнаружено, что остаток 135 имеет решающее значение как с точки зрения летальности, так и с точки зрения митогенности, в то время как мутации в остатках 132 и 136 приводят к потере белком способности вызывать СТШ, однако все еще наблюдаются признаки суперантигенности. . [ 13 ] Если лизин в остатке 132 в TSST-O заменяется на глутамат , мутант восстанавливает небольшую суперантигенность, но становится летальным, а это означает, что способность вызывать СТШ обусловлена глутаматом в остатке 132. [ 12 ] [ 13 ] Потеря активности из-за этих мутаций не связана с изменениями конформации белка, но вместо этого эти остатки, по-видимому, играют решающую роль во взаимодействиях с рецепторами Т-клеток . [ 13 ]
Изоляция
[ редактировать ]Образцы TSST-1 можно очистить от бактериальных культур для использования в условиях тестирования in vitro , однако это не идеально из-за большого количества факторов, которые способствуют патогенезу в среде in vivo . [ 8 ] Кроме того, культивирование бактерий in vitro обеспечивает среду, богатую питательными веществами, в отличие от реальности среды in vivo , в которой питательных веществ, как правило, меньше. [ 8 ] TSST-1 можно очистить препаративным изоэлектрическим фокусированием для использования in vitro или на животных моделях с использованием мини-осмотического насоса. [ 14 ]
Механизм
[ редактировать ]Суперантиген, такой как TSST-1, стимулирует Т-клетки человека, экспрессирующие VB2, которые могут составлять 5-30% всех Т-клеток хозяина. PTSAgs индуцируют VB-специфическую экспансию как CD4, так и CD8-субпопуляций Т-лимфоцитов. TSST-1 образует гомодимеры в большинстве известных кристаллических форм. [ 1 ] SAG имеют удивительно консервативную архитектуру и разделены на N- и C-концевые домены. Мутационный анализ картировал предполагаемую область связывания TCR TSST-1 с сайтом, расположенным на задней бороздке. Если TCR занимает этот сайт, аминоконцевая альфа-спираль образует большой клин между молекулами TCR и MHC класса II. Клин физически отделил бы TCR от молекул MHC класса II. В SAG может существовать новый домен, отдельный от TCR и MHC-связывающих доменов класса II. Домен состоит из остатков со 150 по 161 в SEB, аналогичные участки существуют и во всех других SAG. В этом исследовании синтетический пептид, содержащий эту последовательность, смог предотвратить летальность, вызванную SAG, у мышей, сенсибилизированных к D-галактозамину, со стафилококковым TSST-1, а также некоторыми другими SAG. [ 1 ] [ 15 ] Существуют значительные различия в последовательностях аллелей MHC класса II и элементов TCR Vbeta, экспрессируемых разными видами, и эти различия оказывают важное влияние на взаимодействие PTSAgs и с молекулами MCH класса II и TCR.
Связывающий сайт
[ редактировать ]TSST-1 связывается преимущественно с альфа-цепью MHC класса II исключительно через сайт связывания с низким сродством (или родовой) на N-концевом домене SAG. Это отличается от других суперантигенов (SAG), таких как DEA и SEE, которые связываются с MHC класса II через сайт с низким сродством и с бета-цепью через сайт с высоким сродством. Этот сайт с высоким сродством представляет собой цинк-зависимый сайт в С-концевом домене SAG. Когда этот сайт связан, он простирается на часть связывающей бороздки, вступает в контакт со связанным пептидом, а затем связывает участки как альфа-, так и бета-цепей. [ 15 ] Связывание MHC с помощью TSST-1 частично зависит от пептида. Исследования мутагенеза с SEA показали, что оба сайта связывания необходимы для оптимальной активации Т-клеток. Эти исследования, содержащие TSST-1, показывают, что TCR-связывающий домен находится в верхней части задней стороны этого токсина, хотя полное взаимодействие еще предстоит определить. Также были признаки того, что сайт связывания TCR TSST-1 картирован в основной бороздке центральной альфа-спирали или короткой аминоконцевой альфа-спирали. Известно, что остатки в мотиве бета-коготка TSST-1 взаимодействуют преимущественно с инвариантной областью альфа-цепи этой молекулы MHC класса II. [ 1 ] В β-цепи HLA-DR1 также были идентифицированы остатки, образующие минорные контакты с TSST-1, а также антигенный пептид, расположенный в межцепочечной борозде. Расположение TSST-1 относительно молекулы MHC класса II накладывает стерические ограничения на трехкомпонентный комплекс, состоящий из TSST-1, MHC класса II и TCR. [ 1 ]
Мутационный анализ
[ редактировать ]Первоначальные исследования мутантов показали, что остатки на обратной стороне центральной альфа-спирали необходимы для суперантигенной активности. Замена гистидина в положении 135 на аланин привела к тому, что TSST-1 не стал ни летальным, ни суперантигенным. Изменения в остатках, которые находились в непосредственной близости от H135A, также имели эффект снижения летальности и суперантигенного качества этих мутантов. Хотя большинство этих мутантов не приводили к потере антигенности TSST-1. Тесты, проведенные с использованием мутагенных токсинов TSST-1, показали, что летальные и суперантигенные свойства разделимы. Когда Lys-132 в TSST-O заменили на Glu, полученный мутант стал полностью летальным, но не суперантигенным. Те же результаты, летальные, но не суперантигенные, были получены для TSST-1 Gly16Val. Остатки Gly16, Glu132 и Gln 136, расположенные на задней стороне борозды предполагаемой TCR-связывающей области TSST-1, было высказано предположение, что они также являются частью второго функционально летального сайта в TSST-1. 1. [ 1 ]
Примечания
[ редактировать ]- ^ Когда этот локус гена активен во время бактериальной колонизации, этот локус гена также называется exp agr , что относится к экспоненциальной фазе (или логарифмической фазе) роста бактерий , прежде чем экспрессия других генов подавляет agr и рост переходит в стационарную фазу. [ 10 ] [ 11 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т Дингес М.М., Орвин П.М., Шливерт П.М. (январь 2000 г.). «Экзотоксины золотистого стафилококка» . Обзоры клинической микробиологии . 13 (1): 16–34, оглавление. дои : 10.1128/CMR.13.1.16 . ПМК 88931 . ПМИД 10627489 .
- ^ Тодар К. (2012). «Бактериальные белковые токсины» . Интернет-учебник по бактериологии Тодара . Мэдисон, Висконсин.
- ^ Эдвин С., Парсоннет Дж. , Касс Э.Х. (декабрь 1988 г.). «Взаимосвязь структура-активность токсина-1 синдрома токсического шока: получение и характеристика иммунологически и биологически активных фрагментов». Журнал инфекционных болезней . 158 (6): 1287–95. дои : 10.1093/infdis/158.6.1287 . ПМИД 3198939 .
- ^ Jump up to: а б Бушра Дж.С. (27 апреля 2020 г.). Дэвис С.П. (ред.). «Причины синдрома токсического шока» . eMedicineHealth.com . ВебМД, Инк . Проверено 28 марта 2012 г.
- ^ Jump up to: а б с д Маккормик Дж.К., Трипп Т.Дж., Ллера А.С., Сундберг Э.Дж., Дингес М.М., Мариуцца Р.А., Шливерт П.М. (август 2003 г.). «Функциональный анализ TCR-связывающего домена токсина-1 синдрома токсического шока предсказывает дальнейшее разнообразие тройных комплексов MHC класса II/суперантиген/TCR» . Журнал иммунологии . 171 (3). Балтимор, Мэриленд: 1385–92. дои : 10.4049/jimmunol.171.3.1385 . hdl : 11336/43551 . ПМИД 12874229 . S2CID 6685050 .
- ^ Jump up to: а б с д Бломстер-Хаутамаа Д.А., Крайсвирт Б.Н., Корнблюм Дж.С., Новик Р.П., Шливерт П.М. (ноябрь 1986 г.). «Нуклеотидная и частичная аминокислотная последовательность токсина-1 синдрома токсического шока» . Журнал биологической химии . 261 (33): 15783–6. дои : 10.1016/S0021-9258(18)66787-0 . ПМИД 3782090 .
- ^ Jump up to: а б Ярвуд Дж. М., Маккормик Дж. К., Шливерт П. М. (февраль 2001 г.). «Идентификация новой двухкомпонентной регуляторной системы, которая действует в глобальной регуляции факторов вирулентности золотистого стафилококка» . Журнал бактериологии . 183 (4): 1113–23. дои : 10.1128/JB.183.4.1113-1123.2001 . ПМК 94983 . ПМИД 11157922 .
- ^ Jump up to: а б с Каннингем Р., Кокейн А., Хамфрис Х. (март 1996 г.). «Клинические и молекулярные аспекты патогенеза инфекций костей и суставов, вызванных Staphylococcus aureus» . Журнал медицинской микробиологии . 44 (3): 157–64. дои : 10.1099/00222615-44-3-157 . ПМИД 8636931 .
- ^ Jump up to: а б Иандоло Джей-Джей (1989). «Генетический анализ внеклеточных токсинов золотистого стафилококка». Ежегодный обзор микробиологии . 43 : 375–402. дои : 10.1146/annurev.mi.43.100189.002111 . ПМИД 2679358 .
- ^ Дюфур П., Жарро С., Ванденеш Ф., Гренланд Т., Новик Р.П., Бес М. и др. (февраль 2002 г.). «Высокая генетическая изменчивость локуса agr у видов Staphylococcus» . Журнал бактериологии . 184 (4): 1180–1186. дои : 10.1128/jb.184.4.1180-1186.2002 . ПМК 134794 . ПМИД 11807079 .
- ^ Новик Р.П. (июнь 2003 г.). «Аутоиндукция и сигнальная трансдукция в регуляции вирулентности стафилококка» . Молекулярная микробиология . 48 (6): 1429–1449. дои : 10.1046/j.1365-2958.2003.03526.x . ПМИД 12791129 . S2CID 6847208 .
- ^ Jump up to: а б с д Мюррей Д.Л., Прасад Г.С., Эрхарт К.А., Леонард Б.А., Крайсвирт Б.Н., Новик Р.П., Олендорф Д.Х., Шливерт П.М. (январь 1994 г.). «Иммунобиологические и биохимические свойства мутантов токсина-1 синдрома токсического шока» . Журнал иммунологии . 152 (1): 87–95. дои : 10.4049/jimmunol.152.1.87 . ПМИД 8254210 . S2CID 21088270 .
- ^ Jump up to: а б с Мюррей Д.Л., Эрхарт К.А., Митчелл Д.Т., Олендорф Д.Х., Новик Р.П., Шливерт П.М. (январь 1996 г.). «Локализация биологически важных областей токсина 1 синдрома токсического шока» . Инфекция и иммунитет . 64 (1): 371–4. дои : 10.1128/iai.64.1.371-374.1996 . ПМК 173772 . ПМИД 8557369 .
- ^ Де Бур М.Л., Кум В.В., Чоу А.В. (ноябрь 1999 г.). «Взаимодействие токсина-1 синдрома стафилококкового токсического шока и энтеротоксина А на пролиферацию Т-клеток и секрецию TNFα в мононуклеарных клетках крови человека» . Канадский журнал инфекционных заболеваний . 10 (6): 403–8. дои : 10.1155/1999/234876 . ПМК 3250724 . ПМИД 22346398 .
- ^ Jump up to: а б Маккормик Дж. К., Ярвуд Дж. М., Шливерт П. М. (2001). «Синдром токсического шока и бактериальные суперантигены: обновленная информация». Ежегодный обзор микробиологии . 55 : 77–104. дои : 10.1146/annurev.micro.55.1.77 . ПМИД 11544350 .
