Коклюшный токсин
Коклюшный токсин, субъединица 1 | |||
---|---|---|---|
Идентификаторы | |||
Символ | Коклюш_S1 | ||
Пфам | PF02917 | ||
ИнтерПро | ИПР003898 | ||
СКОП2 | 1bcp / SCOPe / СУПФАМ | ||
|
Коклюшный токсин, субъединица 2 и 3 | |||
---|---|---|---|
Идентификаторы | |||
Символ | Коклюш_S2S3 | ||
Пфам | PF02918 | ||
ИнтерПро | ИПР003899 | ||
СКОП2 | 1bcp / SCOPe / СУПФАМ | ||
|
Коклюшный токсин, субъединица 4 | |||
---|---|---|---|
Идентификаторы | |||
Символ | Пертус-S4-токс | ||
Пфам | PF09275 | ||
ИнтерПро | ИПР015355 | ||
СКОП2 | 1прт / СКОПе / СУПФАМ | ||
|
Коклюшный токсин, субъединица 5 | |||
---|---|---|---|
Идентификаторы | |||
Символ | Пертус-S5-токс | ||
Пфам | PF09276 | ||
ИнтерПро | ИПР015356 | ||
СКОП2 | 1прт / СКОПе / СУПФАМ | ||
|
Коклюшный токсин ( PT ) представляет собой белковый AB 5 типа экзотоксин , продуцируемый бактерией Bordetella pertussis . [2] что вызывает коклюш . PT участвует в колонизации дыхательных путей и распространении инфекции. [3] Исследования показывают, что ФТ может играть терапевтическую роль в лечении ряда распространенных заболеваний человека, включая гипертонию, [4] вирусная инфекция, [5] и аутоиммунитет. [6] [7] [8]
История
[ редактировать ]ПТ явно играет центральную роль в патогенезе коклюша , хотя это было обнаружено только в начале 1980-х годов. Появление коклюша сравнительно недавно по сравнению с другими эпидемическими инфекционными заболеваниями. Самое раннее упоминание о коклюше, или коклюше, относится к вспышке в Париже в 1414 году. Это было опубликовано в «Зеркале здоровья» Моултона в 1640 году. Другая эпидемия коклюша произошла в Париже в 1578 году и была описана современным наблюдателем, Гийом де Байю . К середине XVIII века коклюш был хорошо известен по всей Европе. Жюль Борде и Октав Жангу описали в 1900 году обнаружение новой «овоидной палочки» в мокроте 6-месячного ребенка, больного коклюшем. Они также были первыми, кто культивировал Bordetella pertussis в Институте Пастера в Брюсселе в 1906 году. [9]
Одно из различий между разными видами Bordetella заключается в том, что B. pertussis производит PT, а другие виды - нет. Bordetella parapertussis демонстрирует наибольшее сходство с B. pertussis и поэтому использовался для исследования, определяющего роль PT в возникновении типичных симптомов коклюша. наблюдалось развитие приступообразного кашля, характерного для коклюша. Исследования на крысах показали, что у крыс, инфицированных B.pertussis , У крыс, инфицированных B. parapertussis или мутантом B. pertussis с дефицитом PT , этот симптом не проявлялся; ни один из этих двух штаммов не продуцировал PT. [10]
Структура
[ редактировать ]Большую группу бактериальных экзотоксинов называют «токсинами А/В», поскольку они состоят из двух субъединиц. [11] Субъединица «А» обладает ферментативной активностью и переносится в клетку-хозяина после конформационного изменения мембраносвязанной транспортной субъединицы «В». [11] Токсин коклюша представляет собой экзотоксин с шестью субъединицами (названными от S1 до S5 — каждый комплекс содержит две копии S4 ). [12] [13] Субъединицы расположены в AB структуре А : компонент ферментативно активен и образуется из субъединицы S1, а компонент B представляет собой рецептор -связывающую часть и состоит из субъединиц S2–S5. [13] Субъединицы кодируются генами ptx , кодируемыми большим опероном PT , который также включает дополнительные гены, кодирующие белки Ptl. Вместе эти белки образуют комплекс секреции PT. [14]
Механизм патогенеза
[ редактировать ]PT высвобождается из B. pertussis в неактивной форме. После связывания PT с рецептором клеточной мембраны он захватывается эндосомой , после чего подвергается ретроградному транспорту в сеть транс-Гольджи и эндоплазматический ретикулум . [15] В какой-то момент во время этого транспорта субъединица А (или протомер) активируется, возможно, под действием глутатиона и АТФ . [12] [16] катализирует ADP-рибозилирование αi - PT субъединиц гетеротримерного G-белка . Это предотвращает взаимодействие G-белков с рецепторами, связанными с G-белками, на клеточной мембране , тем самым препятствуя внутриклеточной коммуникации. [17] Субъединицы Gi остаются заблокированными в своем связанном с GDP, неактивном состоянии и, таким образом, не могут ингибировать активность аденилатциклазы, что приводит к увеличению клеточной концентрации цАМФ.
Увеличение внутриклеточного цАМФ влияет на нормальную биологическую передачу сигналов. Токсин вызывает несколько системных эффектов, среди которых повышенное высвобождение инсулина , вызывающее гипогликемию . Остается неизвестным, являются ли последствия коклюшного токсина причиной пароксизмального кашля. [18]
В результате этого уникального механизма PT также стал широко использоваться в качестве биохимического инструмента для АДФ-рибозилирования GTP-связывающих белков при изучении передачи сигнала. [1] Он также стал важным компонентом новых бесклеточных вакцин. [1]
Влияние на иммунную систему
[ редактировать ]Было показано, что PT влияет на врожденный иммунный ответ. Он ингибирует раннее рекрутирование нейтрофилов и макрофагов и препятствует раннему производству хемокинов и хемотаксису нейтрофилов . [19] Хемокины — это сигнальные молекулы, вырабатываемые инфицированными клетками и привлекающие нейтрофилы и макрофаги. Считается, что хемотаксис нейтрофилов нарушается за счет ингибирования связанных с G-белком хемокиновых рецепторов посредством АДФ-рибозилирования белков Gi . [20]
Из-за нарушения сигнальных путей будет нарушен синтез хемокинов. Это предотвратит их выработку инфицированной клеткой и тем самым ингибирует рекрутирование нейтрофилов. В нормальных условиях альвеолярные макрофаги и другие клетки легких продуцируют различные хемокины. Было обнаружено, что PT ингибирует раннюю транскрипцию хемокина, происходящего из кератиноцитов, макрофагального воспалительного белка 2 и индуцированного ЛПС хемокина CXC . [20] В конечном итоге ПТ вызывает лимфоцитоз , одно из системных проявлений коклюша. [21]
PT, решающий детерминант вирулентности B. pertussis , способен преодолевать гематоэнцефалический барьер за счет увеличения его проницаемости. [22] В результате ПТ может вызвать тяжелые неврологические осложнения; однако недавно было обнаружено, что использование коклюшного токсина в медицинских целях может способствовать развитию регуляторных Т-клеток и предотвращать аутоиммунные заболевания центральной нервной системы, такие как рассеянный склероз. [23]
Метаболизм
[ редактировать ]Известно, что PT диссоциирует на две части в эндоплазматическом ретикулуме (ER): ферментативно активную субъединицу A (S1) и клеточно-связывающую субъединицу B. Две субъединицы разделены протеольным расщеплением. Субъединица B подвергается убиквитин-зависимой деградации под действием протеасомы 26S . Однако в субъединице А отсутствуют остатки лизина , которые необходимы для убиквитин -зависимой деградации. Следовательно, субъединица А PT не метаболизируется, как большинство других белков. [24]
PT термостабилен и устойчив к протеазам, но как только A и B разделяются, эти свойства изменяются. Субъединица B остается термостабильной при температуре до 60 °C, но подвержена деградации белка. Субъединица А PT, с другой стороны, менее подвержена убиквитин-зависимой деградации, но нестабильна при температуре 37 °C. Это облегчает разворачивание белка в ЭР и заставляет клетку транспортировать субъединицу А в цитозоль, где обычно развернутые белки будут помечены для деградации. Таким образом, развернутая конформация будет стимулировать ERAD -опосредованную транслокацию PT A в цитозоль. Попав в цитозоль, он может связываться с НАД и снова образовывать стабильный свернутый белок. Термическая нестабильность также является ахиллесовой пятой субъединицы А PT. Как всегда, существует равновесие между свернутым и развернутым состояниями. Когда белок развернут, он подвержен деградации 20S-протеасомой, которая может разрушать только развернутые белки. [24]
ПК и вакцины
[ редактировать ]С момента появления коклюшной вакцины в 1940-х и 1950-х годах были описаны различные генетические изменения, связанные с коклюшным токсином.
Появление ptxP3
[ редактировать ]ptxP представляет собой ген-промотор коклюшного токсина. Хорошо документировано появление и глобальное распространение штаммов ptxP3, которые развиваются на основе нативных штаммов ptxP1 и заменяют их . [25] Это связано с увеличением выработки токсина и, следовательно, с повышенной вирулентностью. [26] Такое распространение было зарегистрировано во многих странах и иногда, но не всегда, связано с возрождением коклюша в конце 20-го века. Страны с документально подтвержденным распространением ptxP3 включают Австралию, [26] [27] Дания, [28] Финляндия, [29] Иран, [30] Италия, [31] Япония, [32] Нидерланды, [33] и Швеция. [34]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Стейн П.Е., Будху А., Армстронг Г.Д., Кокл С.А., Кляйн М.Х., Рид Р.Дж. (январь 1994 г.). «Кристаллическая структура коклюшного токсина» . Структура . 2 (1): 45–57. дои : 10.1016/S0969-2126(00)00007-1 . ПМИД 8075982 .
- ^ Райан К.Дж., Рэй К.Г., ред. (2004). Медицинская микробиология Шерриса (4-е изд.). МакГроу Хилл. ISBN 0-8385-8529-9 .
- ^ Карбонетти Н.Х., Артамонова Г.В., Мэйс Р.М., Уортингтон З.Э. (ноябрь 2003 г.). «Коклюшный токсин играет раннюю роль в колонизации дыхательных путей Bordetella pertussis» . Заразить. Иммунитет . 71 (11): 6358–66. дои : 10.1128/IAI.71.11.6358-6366.2003 . ПМК 219603 . ПМИД 14573656 .
- ^ Кост С., Герцер В., Ли П., Джексон Э. (1999). «Чувствительные к коклюшному токсину G-белки и регуляция артериального давления у крыс со спонтанной гипертензией». Clin Exp Pharmacol Physiol . 26 (5–6): 449–55. дои : 10.1046/j.1440-1681.1999.03058.x . ПМИД 10386237 . S2CID 12902466 .
- ^ Альфано М, Пушкарский Т, Поли Г, Букринский М (2000). «B-Олигомер коклюшного токсина ингибирует репликацию вируса иммунодефицита человека типа 1 на нескольких стадиях» . Дж Вирол . 74 (18): 8767–70. doi : 10.1128/JVI.74.18.8767-8770.2000 . ПМК 116391 . ПМИД 10954581 .
- ^ Бэгли К., Абдельвахаб С., Тускан Р., Фаутс Т., Льюис Г. (2002). «Коклюшный токсин и аденилатциклазный токсин Bordetella pertussis активируют дендритные клетки, полученные из моноцитов человека, и преимущественно ингибируют выработку цитокинов через цАМФ-зависимый путь». J Лейкок Биол . 72 (5): 962–9. дои : 10.1189/jlb.72.5.962 . ПМИД 12429718 . S2CID 16457655 .
- ^ Лохт С., Кейт Дж. М. (1986). «Ген коклюшного токсина: нуклеотидная последовательность и генетическая организация» . Наука . 232 (4755): 1258–1264. Бибкод : 1986Sci...232.1258L . дои : 10.1126/science.3704651 . ПМИД 3704651 .
- ^ Раппуоли Р., Никосия А., Перуджини М., Франзини С., Касагли М.К., Борри М.Г., Антони Г., Алмони М., Нери П., Ратти Г. (1986). «Клонирование и секвенирование генов коклюшного токсина: структура оперона и дупликация генов» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 83 (13): 4631–4635. Бибкод : 1986PNAS...83.4631N . дои : 10.1073/pnas.83.13.4631 . ПМЦ 323795 . ПМИД 2873570 .
- ^ Черри Джей Ди (март 2007 г.). «Исторический взгляд на коклюш и использование вакцин для его предотвращения» . Журнал «Микроб» . Архивировано из оригинала 23 июня 2011 г.
- ^ Партон Р. (июнь 1999 г.). «Обзор биологии Bordetella pertussis». Биологические препараты . 27 (2): 71–6. дои : 10.1006/биол.1999.0182 . ПМИД 10600186 .
- ^ Jump up to: а б Жиберт М., Перель С., Буке П., Попофф М.Р. (1993). «Характеристика генов йота-токсина Clostridium perfringens и их экспрессия в Escherichia coli» . Заразить. Иммунитет . 61 (12): 5147–5156. дои : 10.1128/IAI.61.12.5147-5156.1993 . ПМЦ 281295 . ПМИД 8225592 .
- ^ Jump up to: а б Каслоу Х.Р., Бернс Д.Л. (июнь 1992 г.). «Коклюшный токсин и целевые эукариотические клетки: связывание, проникновение и активация» . ФАСЕБ Дж . 6 (9): 2684–90. дои : 10.1096/fasebj.6.9.1612292 . ПМИД 1612292 . S2CID 20607696 .
- ^ Jump up to: а б Лохт С., Антуан Р. (1995). «Предлагаемый механизм АДФ-рибозилирования, катализируемый субъединицей S1 коклюшного токсина». Биохимия . 77 (5): 333–40. дои : 10.1016/0300-9084(96)88143-0 . ПМИД 8527486 .
- ^ Вайс А., Джонсон Ф., Бернс Д. (1993). «Молекулярная характеристика оперона, необходимого для секреции коклюшного токсина» . Proc Natl Acad Sci США . 90 (7): 2970–4. Бибкод : 1993PNAS...90.2970W . дои : 10.1073/pnas.90.7.2970 . ПМК 46218 . ПМИД 8464913 .
- ^ Плаут Р.Д., Карбонетти, Нью-Хэмпшир (май 2008 г.). «Ретроградный транспорт коклюшного токсина в клетке млекопитающих» . Клетка. Микробиол . 10 (5): 1130–9. дои : 10.1111/j.1462-5822.2007.01115.x . ПМИД 18201245 . S2CID 22900943 .
- ^ Палец Х, фон Кениг CH (1996). « Бордетелла » . В Barron S, et al. (ред.). Медицинская микробиология Бэррона (4-е изд.). Университет Техасского медицинского отделения. ISBN 0-9631172-1-1 . ПМИД 21413270 .
- ^ Бернс Д. (1988). «Субъединичная структура и ферментативная активность коклюшного токсина». Микробиология . 5 (9): 285–7. ПМИД 2908558 .
- ^ Карбонетти, Нью-Хэмпшир (2010). «Коклюшный токсин и аденилатциклазный токсин: ключевые факторы вирулентности Bordetella pertussis и инструменты клеточной биологии» . Будущая микробиол . 5 (3): 455–69. дои : 10.2217/fmb.09.133 . ПМЦ 2851156 . ПМИД 20210554 .
- ^ Бестеброер Дж., Де Хаас С.Дж., Ван Стрийп Дж.А. (2010). «Как микроорганизмы избегают привлечения фагоцитов» . Обзоры микробиологии FEMS . 34 (3): 395–414. дои : 10.1111/j.1574-6976.2009.00202.x . ПМИД 20059549 .
- ^ Jump up to: а б Андреасен, К. и Карбонетти, Нью-Хэмпшир (2008). «Коклюшный токсин ингибирует раннюю выработку хемокинов, чтобы задержать рекрутирование нейтрофилов в ответ на инфекцию дыхательных путей Bordetella pertussis у мышей» . Инфекция и иммунитет . 76 (11): 5139–5148. дои : 10.1128/IAI.00895-08 . ПМЦ 2573337 . ПМИД 18765723 .
- ^ Черри, доктор юридических наук; Барафф, LJ; Хьюлетт, Э. (1989). «Прошлое, настоящее и будущее коклюша. Роль взрослых в эпидемиологии и будущем контроле» . Западный медицинский журнал . 150 (3): 319–328. ПМК 1026455 . ПМИД 2660414 .
- ^ Кюглер С., Бёккер К., Хейзипп Г., Гройн Л., Ким К.С., Шмидт М.А. (март 2007 г.). «Коклюшный токсин временно влияет на целостность барьера, организацию органелл и трансмиграцию моноцитов в модели барьера микрососудистых эндотелиальных клеток головного мозга человека». Клетка. Микробиол . 9 (3): 619–32. дои : 10.1111/j.1462-5822.2006.00813.x . ПМИД 17002784 . S2CID 6747379 .
- ^ Вебер М.С., Бенхуча М., Леманн-Хорн К. и др. (2010). Унутмаз Д (ред.). «Повторяющийся коклюшный токсин способствует развитию регуляторных Т-клеток и предотвращает аутоиммунные заболевания центральной нервной системы» . ПЛОС ОДИН . 5 (12): e16009. Бибкод : 2010PLoSO...516009W . дои : 10.1371/journal.pone.0016009 . ПМК 3012729 . ПМИД 21209857 .
- ^ Jump up to: а б Панде А.Х., Мо Д., Джамнадас М., Татулиан С.А., Тетер К. (2006). «Субъединица S1 коклюшного токсина представляет собой термически нестабильный белок, подверженный деградации под действием 20S протеасомы» . Биохимия . 45 (46): 13734–40. дои : 10.1021/bi061175+ . ПМК 2518456 . ПМИД 17105192 .
- ^ Лам, Конни; Октавия, Софи; Бахраме, Захра; Синченко, Виталий; Гилберт, Гвендолин Л.; Лан, Руитинг (март 2012 г.). «Отбор и появление аллели промотора коклюшного токсина ptxP3 в эволюции Bordetella pertussis» . Инфекция, генетика и эволюция . 12 (2): 492–495. Бибкод : 2012InfGE..12..492L . дои : 10.1016/j.meegid.2012.01.001 . ПМИД 22293463 .
- ^ Jump up to: а б Приятно, Фриц Р.; ван Лоо, Инге Х.М.; из Гента Маржолейн; Привет, Цюшуй! Барт, Марике Дж.; Хевелман, Кес Дж.; де Грефф, Сабина К.; Диаватопулос, Дмитрий; Теунис, Питер; Нагелькерке, Нико; Мерцола, Юсси (2009). «Штаммы Bordetella pertussis с повышенной продукцией токсинов, связанные с возобновлением коклюша» . Новые инфекционные заболевания . 15 (8): 1206–1213. дои : 10.3201/eid1508.081511 . ISSN 1080-6040 . ПМК 2815961 . ПМИД 19751581 . S2CID 18101684 .
- ^ Лам, Конни; Октавия, Софи; Рикафорт, Лоуренс; Синченко, Виталий; Гилберт, Гвендолин Л.; Вуд, Николас; Макинтайр, Питер; Маршалл, Хелен; Гизо, Николь; Кейл, Энтони Д.; Лоуренс, Эндрю (апрель 2014 г.). «Быстрое увеличение количества изолятов Bordetella pertussis с дефицитом пертактина, Австралия» . Новые инфекционные заболевания . 20 (4): 626–633. дои : 10.3201/eid2004.131478 . ISSN 1080-6040 . ПМЦ 3966384 . ПМИД 24655754 .
- ^ Петерсен, Рэнди Фонс; Далби, Тина; Драгстед, Дитте Мари; Муи, Фриц; Ламбертсен, Лотте (май 2012 г.). «Временные тенденции в популяциях Bordetella pertussis, Дания, 1949–2010 гг.» . Новые инфекционные заболевания . 18 (5): 767–774. дои : 10.3201/eid1805.110812 . ISSN 1080-6040 . ПМК 3358084 . ПМИД 22515990 .
- ^ Каллонен, Т.; Мерцола, Дж.; Муи, Франция; Он, К. (октябрь 2012 г.). «Быстрое обнаружение недавно появившихся штаммов Bordetella pertussis с аллелем промотора коклюшного токсина ptxP3 с помощью ПЦР в реальном времени» . Клиническая микробиология и инфекции . 18 (10): Е377–Е379. дои : 10.1111/j.1469-0691.2012.04000.x . ПМИД 22909320 .
- ^ Сафарчи, Азаде; Саеди, Самане; Октавия, Софи; Седагатпур, Мехди; Болурчи, Негин; Тай, Чин Йен; Ламиххане, Бинит; Шахчераги, Ферештех; Лан, Руитинг (сентябрь 2021 г.). «Эволюционная геномика недавних клинических изолятов Bordetella pertussis из Ирана: широкое распространение нескольких линий ptxP3 и сообщение о первом нитчатом гемагглютинин-негативном B. pertussis ptxP3» . Инфекция, генетика и эволюция . 93 : 104970. Бибкод : 2021InfGE..9304970S . дои : 10.1016/j.meegid.2021.104970 . ПМИД 34171476 .
- ^ Локонсоль, Даниэла; Де Робертис, Анна Лиза; Мореа, Анна; Металло, Анжела; Лопалько, Пьер Луиджи; Хиронна, Мария (май 2018 г.). «Возрождение коклюша и появление аллели промотора токсина Ptxp3 в Южной Италии» . Журнал детских инфекционных заболеваний . 37 (5): e126–e131. дои : 10.1097/INF.0000000000001804 . ISSN 0891-3668 . ПМИД 28945679 . S2CID 205692275 .
- ^ Зомер, Альдерт; Оцука, Нао; Хирамацу, Юкихиро; Камачи, Казунари; Нисимура, Наоко; Одзаки, Такао; Пулман, Ян; Герцен, Йерун (01 мая 2018 г.). «Динамика и филогения популяции Bordetella pertussis в Японии после внедрения бесклеточных коклюшных вакцин» . Микробная геномика . 4 (5). дои : 10.1099/mgen.0.000180 . ISSN 2057-5858 . ПМЦ 5994715 . ПМИД 29771235 .
- ^ из Гента Маржолейн; Барт, Марике Дж.; ван дер Хайде, Хан Г.Дж.; Хевелман, Кес Дж.; Прекрасно, Фриц Р. (28 сентября 2012 г.). Хозбор, Даниэла Флавия (ред.). «Небольшие мутации Bordetella pertussis связаны с выборочными зачистками» . ПЛОС ОДИН . 7 (9):e46407. Стартовый код : 2012PLoSO...746407V . дои : 10.1371/journal.pone.0046407 . ISSN 1932-6203 . ПМК 3460923 . ПМИД 23029513 .
- ^ Адвани, Абдолреза; Густафссон, Леннарт; Орен, Кристина; Муи, Фриц Р.; Халландер, Ханс О (апрель 2011 г.). «Появление штаммов Fim3 и ptxP3-Bordetella pertussis в двух регионах Швеции с разными программами вакцинации» . Вакцина . 29 (18): 3438–3442. doi : 10.1016/j.vaccine.2011.02.070 . ПМИД 21396900 .