Аденилатциклазный токсин

Токсин аденилатциклазы является фактором вирулентности, вырабатываемым некоторыми представителями рода Bordetella . Вместе с коклюшным токсином он является важнейшим фактором вирулентности возбудителя коклюша Bordetella pertussis . Bordetella bronchiseptica и Bordetella parapertussis , также способные вызывать симптомы, подобные коклюшу, также продуцируют токсин аденилатциклазы. ^{[ 1 ]} Это токсин , выделяемый бактериями для хозяина воздействия на иммунную систему .

Структура

Аденилатциклазный токсин Bordetella pertussis 1706 аминокислотных остатков длиной представляет собой белок . Белок состоит из трех доменов: от N-конца примерно до остатка 400 находится аденилатциклазный домен; между остатками 500 и 700 находится гидрофобный домен; а от остатка 1000 до С-конца имеются повторы, связывающие кальций . Два сайта ацилирования расположены по остаткам лизина К860 и К983. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]} Часть токсина от остатка 400 до С-конца, называемая гемолизином , структурно родственна большому семейству бактериальных токсинов — РТХ-токсинам . ^{[ 3 ]} Различия между токсинами разных видов Bordetella заключаются главным образом в кальцийсвязывающем домене. ^{[ 4 ]}

Складывание и секреция

Токсин секретируется системой секреции типа I , которая охватывает как мембраны, так и периплазматическое пространство, что позволяет токсину секретироваться из цитоплазмы прямо за пределы клетки. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Большая часть токсина остается связанной с внешними белками бактерии, в основном с нитчатым гемагглютинином , но эти молекулы токсина не активны. ^{[ 5 ]}^{[ 1 ]} Помимо прикрепления к бактериальным белкам, агрегация также инактивирует токсин. ^{[ 5 ]} Такая быстрая инактивация подчеркивает необходимость тесного контакта между секретирующей бактерией и клеткой-мишенью. ^{[ 1 ]}

РТХ-токсины

RTX означает «повторяется в токсинах», но не все члены семейства являются токсинами. Повторяющиеся нонапептиды, богатые аспартатом и глицином (повторяются длиной 9 аминокислот), являются характерной особенностью этого семейства белков и способны связывать ионы кальция . ^{[ 3 ]} Особенностью белков RTX является их способность образовывать поры в клеточных мембранах, обеспечивающие утечку ионов. Это может проявляться в виде гемолитической активности эритроцитов , в результате чего эта группа токсинов получила название «гемолизины». Типы клеток, уязвимые для этой порообразующей активности, различаются в зависимости от токсинов. Ацилирование лизинов необходимо для порообразующего цитотоксического действия всех белков RTX. ^{[ 6 ]}

Токсины многих известных грамотрицательных патогенных бактерий относятся к семейству RTX. Примером является α-гемолизин из Escherichia coli или RtxA из Vibrio cholerae . ^{[ 6 ]}

Функция

Молекулярные механизмы

Токсин аденилатциклазы связывается с клетками-мишенями с помощью рецептора комплемента 3 (CD11b/CD18 или Mac-1). ^{[ 7 ]} Таким образом, клетками-мишенями являются миелоидного клетки происхождения, главным образом фагоциты , такие как нейтрофилы . ^{[ 1 ]} Связывание с клетками без CR3 также происходит, но с гораздо меньшей скоростью. ^{[ 5 ]} Часть, ответственная за связывание с рецептором, находится внутри повторов связывания кальция, от остатков 1166 до 1287. ^{[ 3 ]} Гемолизиновая часть белка затем связывается с целевой мембраной и встраивается в бислой . ^{[ 3 ]}^{[ 5 ]} Затем домен аденилатциклазы (AC) транслоцируется через цитоплазматическую мембрану в цитоплазму. Транслокация домена AC не зависит от цитотоксической порообразующей активности, поскольку эти две активности требуют, чтобы токсин принял разные конформации. ^{[ 5 ]}^{[ 2 ]} Однако временно открытые поры способствуют функционированию домена AC за счет утечки калия и притока кальция в клетку-мишень, что замедляет эндоцитоз кластеров токсина CR3 / аденилатциклазы. ^{[ 2 ]} кроме того, комплекс CR3/токсин мобилизуется путем отделения от цитоскелета . Затем комплекс рекрутируется в холестерином богатые липидные рафты . ^{[ 3 ]} Приток кальция сам по себе оказывает множество негативных эффектов на клетки-мишени, например, нарушение регуляции клеточной передачи сигналов . ^{[ 5 ]}

Аденилатциклазный домен обладает внутренней ферментативной активностью. Транслокация домена AC в клетку запускает основной процесс, посредством которого этот токсин влияет на клетки-мишени: домен AC связывает кальмодулин и катализирует нерегулируемое производство цАМФ из АТФ . ^{[ 7 ]} цАМФ является важной молекулой -вторичным мессенджером , и его массовое перепроизводство влияет на многие клеточные процессы. В фагоцитах большая часть бактерицидных функций прекращается за счет цАМФ-опосредованной активации PKA и Epac . ^{[ 7 ]}

Влияние на клетки-мишени

Описанные выше эффекты токсина аденилатциклазы, главным образом перепроизводство цАМФ, оказывают глубокое воздействие на клетки-мишени. Хотя фагоцитарные иммунные клетки мигрируют к месту инфекции в легких , они не способны дать эффективный ответ. Блокируется не только фагоцитарное поглощение бактерий, но и последующее производство АФК нейтрофилами и , NET нейтрофилами и NO макрофагами моноцитами . ^{[ 5 ]}^{[ 7 ]}^{[ 3 ]} Влияние на нейтрофилы наиболее важно на ранних стадиях заражения Bordetella , нарушая большинство их антимикробных функций. ^{[ 3 ]} Интоксикация токсином аденилатциклазы приводит к сдвигу поляризации макрофагов с фенотипа М1 ( провоспалительный М2 (иммунорегуляторный) ) на фенотип и может привести к апоптозу макрофагов . ^{[ 7 ]}^{[ 3 ]} Накопление цАМФ после интоксикации аденилатциклазой также препятствует передаче сигналов IRF в дендритных клетках , что приводит к снижению продукции IL-12 . IL-12 важен для поляризации ответа Т-клеток . ^{[ 7 ]} Другие эффекты цАМФ на взаимодействие дендритных клеток с Т-клетками также вредны для иммунного ответа. Хотя цАМФ индуцирует миграцию дендритных клеток в лимфатические узлы , он снижает их способность взаимодействовать с Т-клетками и представлять антиген . Это оказывает толерогенное воздействие на популяцию Т-клеток. ^{[ 7 ]}

Вакцинация против коклюша

Вакцинация против Bordetella pertussis применяется в младенчестве для профилактики коклюша. Недавний переход от цельноклеточной коклюшной вакцины к вакцине с бесклеточным компонентом во многих странах привел к тому, что токсин аденилатциклазы не присутствует в большинстве вакцин. ^{[ 4 ]} хотя и не включена в существующие вакцины, Исследования показывают, что иммунизация токсином аденилатциклазы, вызывает нейтрализующие антитела . Нейтрализующие антитела могут блокировать связывание токсина с CR3. ^{[ 3 ]} Антитела против токсина аденилатциклазы также присутствуют в сыворотке людей, инфицированных B.pertussis. ^{[ 4 ]}

Было доказано, что конструкции на основе токсина аденилатциклазы вызывают выработку нейтрализующих антител, но лишены цитотоксичности, связанной с полным токсином. Генетически детоксицированный токсин аденилатциклазы также способствует развитию ответа Th1/Th17 , действуя как адъювант . ^{[ 4 ]}

Другие роли токсина аденилатциклазы

Токсин аденилатциклазы или его части также служат инструментом для клеточных биологов. Домен AC находит применение в качестве репортерного белка . Эта репортерная активность основана на активации продукции цАМФ при его транслокации в клетку и конъюгации с изучаемым белком. Домен AC состоит из двух субдоменов, оба необходимы для продукции цАМФ. Конъюгирование каждого субдомена с другим белком позволяет белок-белковые взаимодействия изучать , поскольку продукция цАМФ указывает на тесное взаимодействие белков. Аналогично, два субдомена могут быть связаны изучаемым белком, который затем переваривается протеазами . Потеря продукции цАМФ указывает на расщепление протеазой. ^{[ 8 ]}

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Войтова, Яна; Каманова Яна; Себо, Питер (февраль 2006 г.). «Токсин аденилатциклазы Bordetella: быстрый саботажник защиты хозяина». Современное мнение в микробиологии . 9 (1): 69–75. дои : 10.1016/j.mib.2005.12.011 . ПМИД 16406775 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Масин, Иржи; Осицка, Радим; Бумба, Ладислав; Себо, Питер (ноябрь 2015 г.). Фризан, Тереза (ред.). «Аденилатциклазный токсин Bordetella: уникальное сочетание порообразующего фрагмента с проникающим в клетку ферментом аденилатциклазой» . Патогены и болезни . 73 (8): ftv075. дои : 10.1093/femspd/ftv075 . ISSN 2049-632X . ПМЦ 4626595 . ПМИД 26391732 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж Новак, Якуб; Черни, Ондрей; Осицкова, Адриана; Линхартова Ирена; Масин, Иржи; Бумба, Ладислав; Себо, Питер; Осицка, Радим (24 сентября 2017 г.). «Структурно-функциональные взаимоотношения, лежащие в основе способности токсина аденилатциклазы Bordetella обезоруживать фагоциты хозяина» . Токсины . 9 (10): 300. doi : 10.3390/toxins9100300 . ISSN 2072-6651 . ПМК 5666347 . ПМИД 28946636 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Себо, Питер; Осицка, Радим; Масин, Иржи (октябрь 2014 г.). «Аденилатциклазный токсин-гемолизин, актуальный для вакцин против коклюша». Экспертная оценка вакцин . 13 (10): 1215–1227. дои : 10.1586/14760584.2014.944900 . ISSN 1476-0584 . ПМИД 25090574 . S2CID 27038032 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Карбонетти, Николас Х (март 2010 г.). «Коклюшный токсин и аденилатциклазный токсин: ключевые факторы вирулентности Bordetella pertussis и инструменты клеточной биологии» . Будущая микробиология . 5 (3): 455–469. дои : 10.2217/fmb.09.133 . ISSN 1746-0913 . ПМЦ 2851156 . ПМИД 20210554 .
^ Jump up to: ^а ^б Уэлч, Р.А. (2001), «Структура и функция токсина RTX: история многочисленных аномалий и нескольких аналогий в биологии токсинов», в книге ван дер Гут, Ф. Гису (ред.), Порообразующие токсины , текущие темы микробиологии и Иммунология, том. 257, Springer Berlin Heidelberg, стр. 85–111, doi : 10.1007/978-3-642-56508-3_5 , ISBN 9783642625459 , PMID 11417123
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Феделе, Джорджио; Скьявони, Илария; Адкинс, Ирена; Климова, Нела; Себо, Питер (21 сентября 2017 г.). «Вторжение в дендритные клетки, макрофаги и нейтрофилы токсина аденилатциклазы Bordetella: подрывной шаг с целью обмануть иммунитет хозяина» . Токсины . 9 (10): 293. doi : 10.3390/toxins9100293 . ISSN 2072-6651 . ПМК 5666340 . ПМИД 28934122 .
^ Даутин Н.; Каримова Г; Ладант, Д. (октябрь 2002 г.). «Аденилатциклазный токсин Bordetella pertussis: универсальный инструмент скрининга». Токсикон . 40 (10): 1383–1387. дои : 10.1016/S0041-0101(02)00158-7 . ПМИД 12368108 .

[:0-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Войтова, Яна; Каманова Яна; Себо, Питер (февраль 2006 г.). «Токсин аденилатциклазы Bordetella: быстрый саботажник защиты хозяина». Современное мнение в микробиологии . 9 (1): 69–75. дои : 10.1016/j.mib.2005.12.011 . ПМИД 16406775 .

[:1-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Масин, Иржи; Осицка, Радим; Бумба, Ладислав; Себо, Питер (ноябрь 2015 г.). Фризан, Тереза (ред.). «Аденилатциклазный токсин Bordetella: уникальное сочетание порообразующего фрагмента с проникающим в клетку ферментом аденилатциклазой» . Патогены и болезни . 73 (8): ftv075. дои : 10.1093/femspd/ftv075 . ISSN 2049-632X . ПМЦ 4626595 . ПМИД 26391732 .

[:2-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж Новак, Якуб; Черни, Ондрей; Осицкова, Адриана; Линхартова Ирена; Масин, Иржи; Бумба, Ладислав; Себо, Питер; Осицка, Радим (24 сентября 2017 г.). «Структурно-функциональные взаимоотношения, лежащие в основе способности токсина аденилатциклазы Bordetella обезоруживать фагоциты хозяина» . Токсины . 9 (10): 300. doi : 10.3390/toxins9100300 . ISSN 2072-6651 . ПМК 5666347 . ПМИД 28946636 .

[:3-4] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Себо, Питер; Осицка, Радим; Масин, Иржи (октябрь 2014 г.). «Аденилатциклазный токсин-гемолизин, актуальный для вакцин против коклюша». Экспертная оценка вакцин . 13 (10): 1215–1227. дои : 10.1586/14760584.2014.944900 . ISSN 1476-0584 . ПМИД 25090574 . S2CID 27038032 .

[:4-5] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Карбонетти, Николас Х (март 2010 г.). «Коклюшный токсин и аденилатциклазный токсин: ключевые факторы вирулентности Bordetella pertussis и инструменты клеточной биологии» . Будущая микробиология . 5 (3): 455–469. дои : 10.2217/fmb.09.133 . ISSN 1746-0913 . ПМЦ 2851156 . ПМИД 20210554 .

[:5-6] Jump up to: ^а ^б Уэлч, Р.А. (2001), «Структура и функция токсина RTX: история многочисленных аномалий и нескольких аналогий в биологии токсинов», в книге ван дер Гут, Ф. Гису (ред.), Порообразующие токсины , текущие темы микробиологии и Иммунология, том. 257, Springer Berlin Heidelberg, стр. 85–111, doi : 10.1007/978-3-642-56508-3_5 , ISBN 9783642625459 , PMID 11417123

[:6-7] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Феделе, Джорджио; Скьявони, Илария; Адкинс, Ирена; Климова, Нела; Себо, Питер (21 сентября 2017 г.). «Вторжение в дендритные клетки, макрофаги и нейтрофилы токсина аденилатциклазы Bordetella: подрывной шаг с целью обмануть иммунитет хозяина» . Токсины . 9 (10): 293. doi : 10.3390/toxins9100293 . ISSN 2072-6651 . ПМК 5666340 . ПМИД 28934122 .

[8] Даутин Н.; Каримова Г; Ладант, Д. (октябрь 2002 г.). «Аденилатциклазный токсин Bordetella pertussis: универсальный инструмент скрининга». Токсикон . 40 (10): 1383–1387. дои : 10.1016/S0041-0101(02)00158-7 . ПМИД 12368108 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]