Цитолизин
Цитолизин относится к веществу, выделяемому микроорганизмами, растениями или животными, которое специфически токсично для отдельных клеток . [1] [2] во многих случаях вызывая их растворение посредством лизиса . Цитолизины, оказывающие специфическое действие на определенные клетки, получили соответствующие названия. Например, цитолизины, ответственные за разрушение эритроцитов и высвобождение гемоглобина , называются гемолизинами и так далее. [3] Цитолизины могут участвовать в иммунитете , а также в ядах .
Гемолизин также используется некоторыми бактериями, такими как Listeria monocytogenes , для разрушения фагосомной мембраны макрофагов и выхода в цитоплазму клетки.
История и предыстория
[ редактировать ]Термин «цитолизин» или «цитолитический токсин» был впервые введен Аланом Бернхаймером для описания токсинов, повреждающих мембраны ( MDT ), которые оказывают цитолитическое действие на клетки. [4] Первый тип обнаруженного цитолитического токсина оказывает гемолитическое действие на эритроциты некоторых чувствительных видов, таких как человек. По этой причине « Гемолизин » впервые был использован для описания любых МДТ. В 1960-х годах было доказано, что некоторые МДТ разрушают клетки, отличные от эритроцитов , например, лейкоциты . ввел термин «цитолизин» Затем Бернхаймер вместо термина «гемолизин». Цитолизины могут разрушать мембраны, не вызывая лизиса клеток. [5] Таким образом, «мембраноповреждающие токсины» (MDT) описывают основные действия цитолизинов. Цитолизины составляют более 1/3 всех бактериальных белковых токсинов . Бактериальные белковые токсины могут быть очень ядовиты для человека. Например, Ботулинум – 3х10. 5 более токсичен для человека, чем змеиный яд и его токсическая доза составляет всего 0,8х10. −8 мг. [6] Широкий спектр грамположительных и грамотрицательных бактерий использует цитолизин в качестве основного оружия для создания заболеваний, таких как Enterococcus faecalis , [7] Стафилококк и Clostridium perfringens .
Цитолизины были проведены разнообразные исследования. С 1970-х годов было открыто более 40 новых цитолизинов, сгруппированных в разные семейства. [8] На генетическом уровне генетические структуры около 70 белков цитолизина. изучены и опубликованы [9] подробный процесс повреждения мембран Также был рассмотрен . Россджон и др. представляют кристаллическую структуру перфринголизина О, тиол -активируемого цитолизина, который создает мембранные отверстия на эукариотических клетках. детальная модель формирования мембранных каналов , раскрывающая механизм прикрепления мембраны. Построена [10] Шатурский и др. изучили механизм внедрения в мембрану перфринголизина О (PFO), холестерин -зависимого порообразующего цитолизина, продуцируемого патогенными Clostridium perfringens . Вместо использования одной амфипатической β-шпильки на полипептид, мономер PFO содержит две амфипатические β-шпильки, каждая из которых охватывает всю мембрану. Ларри и др. сосредоточились на проникающих через мембрану моделях токсинов RTX , семейства MDT, секретируемых многими грамотрицательными бактериями . процесс внедрения и транспорта белка от RTX к целевой липидной мембране. Выявлен [11]
Классификация
[ редактировать ]Цитолизины, повреждающие мембраны, можно разделить на три типа в зависимости от механизма их повреждения:
- Цитолизины, которые атакуют мембраны эукариотических клеток двухслойные , растворяя их фосфолипиды. Типичные цитолизины включают α-токсин C. perfringens (фосфолипаза C), β-токсин S. aureus (сфингомиелиназа C) и Vibrio damsela ( фосфолипаза D). Фарлейн и др. признал C. perfringens в 1941 году, что ознаменовало новаторскую работу над любыми бактериальными белковыми токсинами. молекулярный механизм α-токсина
- Цитолизины, которые атакуют гидрофобные участки мембран и действуют как « детергенты ». Примеры этого типа включают 26-аминокислотные δ-токсины из Straphylococcus aureus , S. haemolyticus и S. lugdunensis , токсин Bacillus subtilis и цитолизин из Pseudomonas aeruginosa .
- Цитолизины, образующие поры на мембранах клеток-мишеней. Эти типы цитолизина также известны как порообразующие токсины (ПФТ) и составляют наибольшую часть всех цитолизинов. Примеры этого типа включают перфрингиолизин O из бактерий Clostridium perfringens , гемолизин из Escherichia coli и листериолизин из Listeria monocytogenes . Мишенью цитолизинов этого типа являются как общие клеточные мембраны, так и более специфические микроорганизмы, такие как холестерин и мембраны фагоцитов. [6]
Порообразующие цитолизины
[ редактировать ]
Порообразующие цитолизины (ПФУ) составляют около 65% всех цитолизинов, повреждающих мембраны. [8] Первый порообразующий цитолизин был обнаружен Манфредом Майером в 1972 году в месте вставки C5 - C9 эритроцитов. [12] ПФУ могут производиться из самых разных источников, таких как бактерии, грибы и даже растения. [13] Патогенный процесс ПФУ обычно включает образование каналов или пор на мембранах клеток-мишеней. Обратите внимание, что поры могут иметь множество структур. структура Пориноподобная позволяет проходить молекулам определенных размеров. Электрические поля неравномерно распределяются по порам и позволяют молекулам отбора пройти сквозь них. [14] Этот тип структуры показан у стафилококкового α-гемолизина. [15] Поры также могут образовываться путем слияния мембран. Контролируется Ка 2+ При слиянии мембран везикул образуют заполненные водой поры из протеолипидов . [16] Порообразующие цитолизины, такие как перфорин, используются в цитотоксических Т-киллерах и NK-клетках для разрушения инфицированных клеток.
процесс образования пор
[ редактировать ]
Более сложный процесс порообразования включает процесс олигомеризации нескольких мономеров ПФУ . Процесс порообразования состоит из трех основных этапов. Цитолизины сначала продуцируются некоторыми микроорганизмами. Иногда организму-продуценту необходимо создать пору на своей собственной мембране для высвобождения таких цитолизинов, как в случае колицинов, продуцируемых Escherichia coli . На этом этапе цитолизины высвобождаются в виде белковых мономеров в водорастворимом состоянии. [17] Обратите внимание, что цитолизины часто токсичны и для хозяев, производящих их. Например, колицины потребляют нуклеиновые кислоты клеток с помощью нескольких ферментов. [18] Чтобы предотвратить такую токсичность, клетки-хозяева вырабатывают белки иммунитета для связывания цитолизинов, прежде чем они нанесут какой-либо внутренний ущерб. [8]
На втором этапе цитолизины прикрепляются к мембранам клеток-мишеней, сопоставляя « рецепторы » на мембранах. Большинство рецепторов представляют собой белки, но они могут представлять собой и другие молекулы, например липиды или сахара. С помощью рецепторов мономеры цитолизина соединяются друг с другом и образуют кластеры олигомеров. На этом этапе цитолизины завершают переход из состояния водорастворимых мономеров в состояние олигомеров.
Наконец, образовавшиеся кластеры цитолизина проникают через мембраны клеток-мишеней и образуют мембранные поры. Размер этих пор варьирует от 1–2 нм ( α-токсин S. aureus , E. coli α- гемолизин , Aeromonas аэролизин ) до 25–30 нм ( стреплизин О , пневмолизин ).
В зависимости от того, как образуются поры, порообразующие цитолизины делятся на две категории. Те, которые образуют поры с α- спиралями, называются α-PFT (порообразующие токсины). Те, которые образуют поры со структурой β- бочонка , называются β-PFT. Некоторые из распространенных α-PFT и β-PFT перечислены в таблице ниже.
| α-ПФТ | β-ПФТ |
|---|---|
| Колицин Ia, Pseudomonas aeruginosa экзотоксин A , актиния конская эквинатоксин II | Аэролизин, α-токсин Clostrim septicum , Staphylococcus aureus и альфа-гемолизин , цитотоксин Pseudomonas aeruginosa , протективный антиген сибирской язвы, холестерин-зависимые цитолизины. |
Последствия цитолизинов
[ редактировать ]Летальное действие порообразующих цитолизинов осуществляется путем нарушения притока и оттока в отдельной клетке. Поры, пропускающие ионы, такие как Na. + пройти через созданный дисбаланс в клетке-мишени, превышающий ее ионно-балансирующую способность. Таким образом, атакованные клетки расширяются до лизиса. [19] Когда мембраны клеток-мишеней разрушаются, бактерии, продуцирующие цитолизины, могут потреблять внутриклеточные элементы клетки, такие как железо и цитокины. [8] Некоторые ферменты, которые разлагают критические структуры клеток-мишеней, могут беспрепятственно проникать в клетки.
Холестеринзависимый цитолизин
[ редактировать ]Одним из специфических типов цитолизина является холестерин-зависимый цитолизин (CDC). CDC существуют у многих грамположительных бактерий. Процесс порообразования CDC требует присутствия холестерина на мембранах клеток-мишеней. Размер пор, создаваемых CDC, велик (25–30 нм) из-за олигомерного процесса цитолизинов. Обратите внимание, что холестерин не всегда необходим на этапе присоединения. Например, интермедилизину требуется только наличие белковых рецепторов для прикрепления к клеткам-мишеням, а холестерин необходим для образования пор. [20] Образование пор через CDC включает в себя дополнительный этап, чем этапы, проанализированные выше. Водорастворимые мономеры олигомеризуются с образованием промежуточного продукта, называемого «предпоровым» комплексом, а затем β-цилиндр проникает в мембрану. [20]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Компьютерный поиск информации о научных проектах (CRISP) - Тезаурус - Цитолизин. Архивировано 30 сентября 2006 г. в Wayback Machine.
- ^ Запись «Цитолизин» из Медицинского словаря американского наследия на TheFreeDictionary.com (получено 22 января 2009 г.)
- ^ Запись «Гемолизин» на TheFreeDictionary.com (получено 22 января 2009 г.)
- ^ Бернхаймер А.В. (1970)Цитолитические токсины бактерий, том I. В: Эйл С., Кадис С., Монти Т.К. (ред.) Микробные токсины. Академик, Нью-Йорк, стр. 183–212.
- ^ Телестам, М. и Моллби, Р. (1975) Infect. Иммун, 11, 640–648.
- ^ Перейти обратно: а б Бактериальные белковые токсины
- ^ Панти, С; Паудель, А; Хамамото, Х; Огасавара, А.А.; Иваса, Т; Блом, Дж; Секимидзу, К. (24 марта 2021 г.). «Полная последовательность генома и сравнительный геномный анализ Enterococcus faecalis EF-2001, пробиотической бактерии» . Геномика . 113 (3): 1534–1542. дои : 10.1016/j.ygeno.2021.03.021 . ПМИД 33771633 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Алуф, Дж. Э. «Порообразующие бактериальные белковые токсины: обзор». Порообразующие токсины. Springer Berlin Heidelberg, 2001. 1–14.
- ^ Kaper J, Hacker J (2000)Островки патогенности и другие мобильные элементы вирулентности. ASM, Вашингтон, округ Колумбия
- ^ Россджон, Джейми и др. «Структура холестеринсвязывающего, тиол-активируемого цитолизина и модель его мембранной формы». Ячейка 89.5 (1997): 685-692.
- ^ Лалли, Эдвард Т. и др. «Взаимодействие между токсинами RTX и клетками-мишенями». Тенденции в микробиологии 7.9 (1999): 356-361.
- ^ Майер, Манфред М. «Механизм цитолиза комплемента». Труды Национальной академии наук 69.10 (1972): 2954–2958.
- ^ Гилберт, RJC «Порообразующие токсины». Клеточные и молекулярные науки о жизни 59.5 (2002): 832-844.
- ^ Бранден и Туз, Введение в структуру белка, второе издание.
- ^ Сонг Л.З., Хобо М.Р., Шустак К., Чели С., Бэйли Х. и Гуо Дж.Э. (1996) Структура стафилококкового альфа-гемолизина, гептамертической трансмембранной поры. Наука 274: 1859–1866.
- ^ Питерс, Кристофер и др. «Транс-комплексообразование протеолипидными каналами в терминальной фазе слияния мембран». Nature 409.6820 (2001): 581-588.
- ^ Лаздунски С.Дж., Бати 0, Гели В., Кавард 0, Морлон Дж., Ллоубес Р., Ховард С.П., Книбилер М., Шартье М., Варенн С. и др. (1988)Колицин А, образующий мембранные каналы: синтез, секреция, структура, действие и иммунитет. Биохим Биофиз Акта 947:445-464
- ^ Джеймс Р., Клеантус С., Мур Г.Р. (1996) Биология Е-колицинов - парадигмы и парадоксы. Микробиология Великобритании 142: 1569-1580.
- ^ Скалс, Марианна и Хелле А. Преториус. «Механизмы повреждения клеток, индуцированного цитолизином – роль ауто- и паракринной передачи сигналов». Acta Physiologica 209.2 (2013): 95-113.
- ^ Перейти обратно: а б Хек, Алехандро П., Пол С. Мо и Бенджамин Б. Джонсон. «Холестерозависимое семейство цитолизинов грамположительных бактериальных токсинов». Белки, связывающие и транспортирующие холестерин: Springer Нидерланды, 2010. 551–577.