Clostridioides difficile токсин А
| Clostridioides difficile токсин А | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Организм | |||
| Символ | токсА | ||
| Альт. символы | tcdA | ||
| Входить | 4914076 | ||
| RefSeq (защита) | YP_001087137.1 | ||
| ЮниПрот | P16154 | ||
| Другие данные | |||
| Номер ЕС | 2.4.1.- | ||
| хромосома | геном: 0,79 - 0,81 Мб | ||
| |||
Clostridioides difficile Токсин А ( TcdA ) представляет собой токсин , продуцируемый бактериями Clostridioides difficile , ранее известными как Clostridium difficile . [1] Он похож на Clostridium difficile токсин B . Токсины являются основными факторами вирулентности, продуцируемыми грамположительными , анаэробными, [2] Бактерия Clostridioides difficile . Токсины повреждают слизистую оболочку кишечника и вызывают симптомы инфекции C. difficile , включая псевдомембранозный колит .
TcdA — один из крупнейших известных бактериальных токсинов. При молекулярной массе 308 кДа его обычно называют сильным энтеротоксином . [3] но он также обладает некоторой активностью цитотоксина . [4] Токсин действует путем модификации белков ГТФазы клетки-хозяина путем глюкозилирования, что приводит к изменениям клеточной активности. Факторы риска заражения C. difficile включают лечение антибиотиками, которое может нарушить нормальную микробиоту кишечника и привести к колонизации бактериями C. difficile . [5]
tcdA ген
[ редактировать ]Ген содержит открытую рамку считывания (ORF) из 8133 нуклеотидов , кодирующую 2710 аминокислот . TcdA и TcdB имеют 63% гомологии аминокислотных последовательностей. [6] Эти гены экспрессируются во время поздней лог-фазы и стационарной фазы в ответ на факторы окружающей среды. Экологические стрессы, такие как прием антибиотиков и катаболитная репрессия, могут влиять на экспрессию токсинов. [7]
Локус патогенности
[ редактировать ]Гены tcdA и tcdB расположены на хромосоме Clostridioides difficile размером 19,6 т.п.н. патогенности в локусе (PaLoc), обнаруженном только у токсигенных штаммов C. difficile . Нетоксигенные штаммы содержат фрагмент из 127 пар оснований, заменяющий PaLoc. [8] Этот локус также содержит три других дополнительных гена tcdC , tcdR и tcdE . [9] Экспрессия TcdC высока на ранней экспоненциальной фазе и снижается по мере перехода роста в стационарную фазу , что согласуется с увеличением экспрессии tcdA и tcdB . Соответственно, характер экспрессии указывает на tcdC как на возможный негативный регулятор продукции токсина. tcdR может служить положительным регулятором продукции токсинов. [7] tcdE Предполагается, что способствует высвобождению TcdA и TcdB посредством литической активности на мембране бактериальных клеток. Предполагается , что из-за его гомологии с другими белками с аналогичной функцией, а также расположения гена между tcdA и tcdB , tcdE будет функционировать как литический белок, который облегчает высвобождение, поскольку у TcdA и TcdB отсутствует сигнальный пептид для секреции . [8]
Структура
[ редактировать ]Белок содержит три домена. Амино -N-концевой домен содержит активный центр , отвечающий за глюкозилирующую активность токсина. И TcdA, и TcdB используют эту высококонсервативную N-концевую область (74% гомологии между обоими токсинами) для изменения идентичных субстратов . [7]
Карбокси -С-концевой домен содержит повторяющиеся единицы, которые отвечают за связывание рецептора на поверхности клеток-мишеней. Эти короткие гомологичные повторяющиеся единицы получили название комбинированных повторяющихся олигопептидов (CROP). [7] [10] Недавнее исследование показывает, что CROP определяют эффективность TcdA посредством взаимодействия со структурами на поверхности клетки. [11] Эти области CROP содержат от 21 до 50 остатков и играют роль в связывании рецепторов. [7] Эту С-концевую повторяющуюся область называют иммунодоминантной областью, поскольку связывание лиганда может блокироваться моноклональными антителами, специфичными к этой области. [12] [13] Эта область содержит наиболее гидрофильную часть молекулы. [10]
Считается, что расположенный в центре гидрофобный домен, содержащий кластер из 172 высококонсервативных гидрофобных аминокислот, важен для транслокации ферментативной части белка. [5] [6]
Механизм действия
[ редактировать ]TcdA должен быть интернализован в клетку-хозяина посредством эндоцитоза , чтобы получить доступ к цитозолю . Связывание с рецептором является первым шагом, необходимым для проникновения в клетку посредством эндоцитоза в кислой эндосоме . [6] Низкий pH в эндосоме вызывает структурные изменения, такие как обнажение гидрофобных доменов, которые имеют решающее значение для функции TcdA. [7] [14]
N-концевой домен TcdA катализирует реакцию глюкотрансферазы, которая переносит молекулу глюкозы из УДФ-глюкозы и ковалентно присоединяет ее к консервативным аминокислотам в молекулах-мишенях. [6] Таким образом, TcdA катализирует глюкозилирование и последующую необратимую инактивацию молекул-мишеней в Ras . семействе малых ГТФаз [9] Эти молекулы-мишени включают RhoA , Rac и Cdc42 эукариот , которые являются регуляторными белками актинового цитоскелета и модуляторами многих различных клеточных сигнальных путей. [7]
Внутриклеточные мишени
[ редактировать ]TcdA в первую очередь нацелен на Rho , Rac и Cdc42 . Эти молекулы являются важными регуляторами клеточной сигнализации. Малые GTPases, такие как Rho, Rac и Cdc42, регулируют свою активность, чередуя активное состояние, связанное с GTP , и неактивное состояние, связанное с GDP . [7] Факторы обмена гуанина (ГЭФ) регулируют обмен ГТП и ВВП . [15]
TcdA глюкозилирует RhoA путем переноса молекулы глюкозы из UDP-глюкозы , нуклеотидного сахара, на Thr-37 ГТФазы RhoA. В Rac и Cdc42 сахарный фрагмент переносится на Thr-35. Глюкозилирование предотвращает правильное связывание GTP и блокирует активацию. [7] TcdA действует преимущественно на GDP-связанную форму белков ГТФазы, поскольку эта конфигурация обнажает остаток треонина , который глюкозилируется токсином. [5]
RhoA регулирует актиновый цитоскелет и формирует стрессовые волокна и фокальные спайки . [16] Когда RhoA инактивируется посредством TcdA, его взаимодействие с нижестоящими эффекторами ингибируется. Это приводит к изменениям актинового цитоскелета, повышающим проницаемость кишечного эпителия . Rac и Cdc42 участвуют в формировании филоподий, имеющих решающее значение для движения и миграции клеток. В целом, Rho , Rac и Cdc42 регулируют процессы в клетках, которые зависят от полимеризации актина. Многие физиологические эффекты, которые испытывают клетки после воздействия TcdA, могут быть связаны с нарушением регуляции полимеризации актина и клеточных путей, контролируемых мишенями TcdA. [7]
Физиологические эффекты
[ редактировать ]Морфология клеток
[ редактировать ]Воздействие TcdA приводит к немедленным изменениям в морфологии клеток, включая потерю структурной целостности из-за уменьшения нитчатого актина ( F-актина ) и увеличения глобулярного актина . [17] Дезорганизация актиновых филаментов и цитоскелета приводит к увеличению проницаемости плотных соединений, что приводит к серьезному повреждению эпителиальных клеток и секреции жидкости. [18] [19] Накопление и секреция жидкости являются вторичными по отношению к повреждению слизистой оболочки, возникающему после воздействия TcdA. Выраженные изменения в системе микрофиламентов приводят к округлению клеток и их гибели. [17] Эти изменения являются результатом инактивации белков Rho , которые играют важную роль в регуляции плотных контактов . [7] [20]
Апоптоз
[ редактировать ]Апоптоз является наиболее вероятным механизмом гибели клеток, подвергшихся воздействию TcdA. Инактивация Rho может активировать каспазу-3 и каспазу-9 ; два ключевых компонента апоптотического пути. TcdA связан с разрушением митохондриальной мембраны и высвобождением цитохрома C посредством активации каспаз и инактивации Rho , что также позволяет предположить, что TcdA способен индуцировать апоптоз. [21] [22]
Клиническое значение
[ редактировать ]Clostridioides difficile -ассоциированная диарея (CDAD)
[ редактировать ]Модели на животных показали, что TcdA включает диарею, нейтрофильную инфильтрацию, воспаление слизистой оболочки кишечника и некроз эпителиальных клеток . Этот токсин считается основной причиной CDAD. [18] TcdA повреждает кончики ворсинок кишечника, что разрушает мембрану щеточной каймы , что приводит к эрозии клеток и утечке жидкости из поврежденного участка. Это повреждение и связанная с ним реакция жидкости вызывают диарею, связанную с инфекцией Clostridioides difficile . [17]
Псевдомембранозный колит
[ редактировать ]TcdA может вызывать физиологические изменения, которые возникают при C. difficile (ПМК), связанном с псевдомембранозном колите , тяжелом изъязвлении толстой кишки. Повреждение слизистой оболочки толстой кишки токсинами способствует накоплению фибрина , муцина и мертвых клеток с образованием слоя мусора в толстой кишке (псевдомембраны), вызывая воспалительную реакцию . [5] Повреждение TcdA вызывает повышенную проницаемость эпителия, продукцию цитокинов и хемокинов , инфильтрацию нейтрофилов, продукцию активных форм кислорода (АФК), активацию тучных клеток и прямое повреждение слизистой оболочки кишечника. [23] Все это можно объяснить инактивацией белков Rho GTPase , индуцированной TcdA . [20] Потеря плотных контактов может обеспечить проникновение нейтрофилов в кишечник, что приводит к накоплению нейтрофилов; визитная карточка ЧВК. TcdA-индуцированная цитокинов выработка IL-8 и других медиаторов воспаления способствует стадиям воспаления, наблюдаемым при ПМК. Инфильтрация нейтрофилами, макрофагами и тучными клетками в ответ на повреждение TcdA усиливает воспалительную реакцию за счет продукции и высвобождения других медиаторов, таких как фактор некроза опухоли альфа , IL-1 , IL-6 и других монокинов . Эти медиаторы вызывают дополнительное повреждение слизистой оболочки кишечника и еще больше усиливают воспалительную реакцию, влияя на персистенцию ПМК. [24] Если происходит обширное повреждение стенки кишечника, бактерии могут попасть в кровоток и вызвать септический шок и смерть. [5]
Обнаружение и диагностика токсинов
[ редактировать ]TcdA и TcdB присутствуют в надосадочной жидкости культур C. difficile и могут быть очищены от фильтратов. Оба токсина постоянно обнаруживаются в образцах фекалий людей и животных. [25] и теперь используются в качестве маркеров для диагностики инфекции C. difficile . [7] У более чем 90% пациентов, инфицированных C. difficile, наблюдалась цитотоксическая в кале активность. Глюкозилирование Rho-ГТФаз инактивирует белки ГТФазы, что приводит к коллапсу цитоскелета, что приводит к округлению клеток. в образцах стула был разработан анализ тканевой культуры Для обнаружения токсинов C. difficile . [17] был разработан анализ округления клеток (анализ цитотоксичности) Для диагностики инфекции C. difficile . [11] иммуноферментные анализы использовались Для обнаружения TcdA и TcdB с помощью специфических антител (ELISA) . При использовании с ELISA анализ цитотоксичности является «золотым стандартом» при использовании на клетках Vero для диагностики C. difficile . [11]
Значение TcdA и TcdB при C. difficile инфекции
[ редактировать ]С 1980-х и начала 1990-х годов роль TcdA и TcdB в инфекции C. difficile широко обсуждалась. Предыдущие отчеты об очищенных токсинах показали, что одного TcdA было достаточно, чтобы вызвать симптомы инфекции, а TcdB не мог этого сделать, если не сочетать его с TcdA. [7] Более поздний эксперимент показал, что TcdB фактически необходим для вирулентности . [26] Более ранние исследования установили, что TcdA строго является энтеротоксином , а TcdB — цитотоксином , но позже было обнаружено, что оба токсина имеют одинаковый механизм действия. [6] Чтобы полностью изучить роль обоих токсинов в патогенезе инфекции C. difficile , была разработана система нокаута генов на модели инфекции хомяков. Путем постоянного нокаута tcdA , tcdB или обоих (двойной нокаут) было показано, что C. difficile, продуцирующая один или оба токсина, способна к цитотоксической активности, и эта активность непосредственно приводит к вирулентности in vivo . Было также обнаружено, что двойной нокаут tcdAtcdB полностью снижал вирулентность . В целом, это исследование продемонстрировало важность как TcdA, так и TcdB при инфекции C. difficile , показав, что любой токсин способен оказывать цитотоксичное действие. [9]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Планш Т., Агайзу А., Холлиман Р., Райли П., Полоницкий Дж., Бренак А., Кришна С. (декабрь 2008 г.). «Диагностика инфекции Clostridium difficile с помощью наборов для обнаружения токсинов: систематический обзор». Ланцет инфекционных заболеваний . 8 (12): 777–84. дои : 10.1016/S1473-3099(08)70233-0 . ПМИД 18977696 .
- ^ Эдвардс А.Н., Суарес Х.М., Макбрайд С.М. (сентябрь 2013 г.). «Культивирование и поддержание Clostridium difficile в анаэробной среде» . Журнал визуализированных экспериментов (79): e50787. дои : 10.3791/50787 . ПМЦ 3871928 . ПМИД 24084491 .
- ^ Петерсон Л.Р., Холтер Дж.Дж., Шанхольцер С.Дж., Гарретт С.Р., Гердинг Д.Н. (август 1986 г.). «Обнаружение токсинов Clostridium difficile А (энтеротоксин) и В (цитотоксин) в клинических образцах. Оценка реакции латекс-агглютинации» . Американский журнал клинической патологии . 86 (2): 208–11. дои : 10.1093/ajcp/86.2.208 . ПМИД 3739972 .
- ^ Такер К.Д., Карриг П.Е., Уилкинс Т.Д. (май 1990 г.). «Токсин А Clostridium difficile является мощным цитотоксином» . Журнал клинической микробиологии . 28 (5): 869–71. doi : 10.1128/JCM.28.5.869-871.1990 . ПМК 267826 . ПМИД 2112562 .
- ^ Jump up to: а б с д и Винклер М.Э., Уилсон Б.Дж., Сальерс А.А., Уитт Д.Д. (2010). Бактериальный патогенез: молекулярный подход . Металс-Парк, Огайо: ASM. ISBN 978-1-55581-418-2 .
- ^ Jump up to: а б с д и Чавес-Оларте Э., Вайдманн М., Эйхель-Штрайбер С., Телестам М. (октябрь 1997 г.). «Токсины A и B Clostridium difficile различаются по ферментативной активности, специфичности клеточного субстрата и поверхностному связыванию с культивируемыми клетками» . Журнал клинических исследований . 100 (7): 1734–41. дои : 10.1172/JCI119698 . ПМК 508356 . ПМИД 9312171 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м Вот Д.Э., Баллард Дж.Д. (апрель 2005 г.). « Токсины Clostridium difficile : механизм действия и роль в заболевании» . Обзоры клинической микробиологии . 18 (2): 247–63. doi : 10.1128/CMR.18.2.247-263.2005 . ПМЦ 1082799 . ПМИД 15831824 .
- ^ Jump up to: а б Тан К.С., Ви БАЙ, Сонг КП (июль 2001 г.). «Доказательства холиновой функции гена tcdE в патогенности Clostridium difficile » . Дж. Мед. Микробиол . 50 (7): 613–9. дои : 10.1099/0022-1317-50-7-613 . ПМИД 11444771 .
- ^ Jump up to: а б с Кюне С.А., Картман С.Т., Хип Дж.Т., Келли М.Л., Кокейн А., Минтон Н.П. (октябрь 2010 г.). «Роль токсина А и токсина B в инфекции Clostridium difficile ». Природа . 467 (7316): 711–3. Бибкод : 2010Natur.467..711K . дои : 10.1038/nature09397 . hdl : 10044/1/15560 . ПМИД 20844489 . S2CID 4417414 .
- ^ Jump up to: а б Дав Ч., Ван С.З., Прайс С.Б., Фелпс С.Дж., Лайерли Д.М., Уилкинс Т.Д., Джонсон Дж.Л. (февраль 1990 г.). «Молекулярная характеристика гена токсина А Clostridium difficile » . Инфекция и иммунитет . 58 (2): 480–8. дои : 10.1128/IAI.58.2.480-488.1990 . ПМК 258482 . ПМИД 2105276 .
- ^ Jump up to: а б с Оллинг А., Гой С., Хоффманн Ф., Татге Х., Джаст I, Герхард Р. (2011). «Повторяющиеся олигопептидные последовательности модулируют цитопатическую активность, но не имеют решающего значения для клеточного поглощения токсина А Clostridium difficile » . ПЛОС ОДИН . 6 (3): e17623. Бибкод : 2011PLoSO...617623O . дои : 10.1371/journal.pone.0017623 . ПМК 3060812 . ПМИД 21445253 .
- ^ Салливан Н.М., Пеллетт С., Уилкинс Т.Д. (март 1982 г.). «Очистка и характеристика токсинов А и В Clostridium difficile » . Инфекция и иммунитет . 35 (3): 1032–40. дои : 10.1128/IAI.35.3.1032-1040.1982 . ПМК 351151 . ПМИД 7068210 .
- ^ фон Эйхель-Штрайбер С., Лауфенберг-Фельдманн Р., Сартинген С., Шульце Дж., Зауэрборн М. (май 1992 г.). «Сравнительный анализ последовательностей токсинов A и B Clostridium difficile ». Молекулярная генетика и геномика . 233 (1–2): 260–8. дои : 10.1007/bf00587587 . ПМИД 1603068 . S2CID 7052419 .
- ^ Флорин И., Телестам М. (декабрь 1983 г.). «Интернализация цитотоксина Clostridium difficile в культивируемые фибробласты легких человека». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Исследования молекулярных клеток . 763 (4): 383–92. дои : 10.1016/0167-4889(83)90100-3 . ПМИД 6652117 .
- ^ Чжоу К., Ван Ю., Горски Дж.Л., Номура Н., Коллард Дж., Бокоч Г.М. (июль 1998 г.). «Факторы обмена гуаниновых нуклеотидов регулируют специфичность последующей передачи сигналов от Rac и Cdc42» . Журнал биологической химии . 273 (27): 16782–6. дои : 10.1074/jbc.273.27.16782 . ПМИД 9642235 .
- ^ Просто я, Зельцер Дж., фон Эйхель-Штрайбер С., Актерес К. (март 1995 г.). «Низкомолекулярный ГТФ-связывающий белок Rho подвергается воздействию токсина А Clostridium difficile » . Журнал клинических исследований . 95 (3): 1026–31. дои : 10.1172/JCI117747 . ПМК 441436 . ПМИД 7883950 .
- ^ Jump up to: а б с д Лиерли Д.М., Криван Х.К., Уилкинс Т.Д. (январь 1988 г.). « Clostridium difficile : ее болезни и токсины» . Обзоры клинической микробиологии . 1 (1): 1–18. дои : 10.1128/cmr.1.1.1 . ПМК 358025 . ПМИД 3144429 .
- ^ Jump up to: а б Варни М., Верман Дж.П., Авесани В., Дельми М. (февраль 1994 г.). «Реакция человеческих антител на токсин А Clostridium difficile в зависимости от клинического течения инфекции» . Инфекция и иммунитет . 62 (2): 384–9. дои : 10.1128/IAI.62.2.384-389.1994 . ЧВК 186119 . ПМИД 8300199 .
- ^ Хехт Г., Потулакис С., Ламонт Дж.Т., Мадара Дж.Л. (ноябрь 1988 г.). « Токсин А Clostridium difficile нарушает структуру цитоскелета и проницаемость плотных соединений культивируемых монослоев эпителия кишечника человека» . Журнал клинических исследований . 82 (5): 1516–24. дои : 10.1172/JCI113760 . ПМК 442717 . ПМИД 3141478 .
- ^ Jump up to: а б Нусрат А., Жири М., Тернер-младший, Колган С.П., Паркос К.А., Карнес Д., Лемичес Э., Боке П., Мадара Дж.Л. (ноябрь 1995 г.). «Белок Rho регулирует плотные контакты и перипереходную организацию актина в поляризованном эпителии» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 92 (23): 10629–33. Бибкод : 1995PNAS...9210629N . дои : 10.1073/pnas.92.23.10629 . ПМК 40665 . ПМИД 7479854 .
- ^ Хиппенстиль С., Шмек Б., Н'Гессан П.Д., Зейболд Дж., Крулл М., Прейсснер К., Эйхель-Штрайбер К.В., Сатторп Н. (октябрь 2002 г.). «Инактивация белка Rho индуцировала апоптоз культивируемых эндотелиальных клеток человека». Американский журнал физиологии. Клеточная и молекулярная физиология легких . 283 (4): L830–8. дои : 10.1152/ajplung.00467.2001 . ПМИД 12225960 . S2CID 7033902 .
- ^ Брито Г.А., Фуджи Дж., Карнейро-Фильо Б.А., Лима А.А., Обриг Т., Геррант Р.Л. (ноябрь 2002 г.). «Механизм Clostridium difficile, апоптоза, индуцированного токсином А в клетках Т84» . Журнал инфекционных болезней . 186 (10): 1438–47. дои : 10.1086/344729 . ПМИД 12404159 .
- ^ Келли С.П., Беккер С., Линевский Дж.К., Джоши М.А., О'Кин Дж.К., Дики Б.Ф., Ламонт Дж.Т., Потулакис С. (март 1994 г.). «Привлечение нейтрофилов при энтерите, вызванном токсином А Clostridium difficile, у кроликов» . Журнал клинических исследований . 93 (3): 1257–65. дои : 10.1172/JCI117080 . ПМК 294078 . ПМИД 7907603 .
- ^ Флегель В.А., Мюллер Ф., Дойбенер В., Фишер Х.Г., Хаддинг У., Нортофф Х. (октябрь 1991 г.). «Цитокиновый ответ моноцитов человека на Clostridium difficile токсин A и токсин B » . Инфекция и иммунитет . 59 (10): 3659–66. дои : 10.1128/IAI.59.10.3659-3666.1991 . ПМЦ 258935 . ПМИД 1910012 .
- ^ Лима А.А., Лайерли Д.М., Уилкинс Т.Д., Иннес DJ, Геррант Р.Л. (март 1988 г.). «Влияние токсинов A и B Clostridium difficile на тонкий и толстый кишечник кролика in vivo и на культивируемые клетки in vitro» . Инфекция и иммунитет . 56 (3): 582–8. дои : 10.1128/IAI.56.3.582-588.1988 . ПМК 259330 . ПМИД 3343050 .
- ^ Лирас Д., О'Коннор-младший, Ховарт П.М., Самбол С.П., Картер Г.П., Фумунна Т., Пун Р., Адамс В., Ведантам Г., Джонсон С., Гердинг Д.Н., Руд Дж.И. (апрель 2009 г.). «Токсин B необходим для вирулентности Clostridium difficile » . Природа . 458 (7242): 1176–9. Бибкод : 2009Natur.458.1176L . дои : 10.1038/nature07822 . ПМК 2679968 . ПМИД 19252482 .
