Кіріспе

Токсиндер тобы

Pertussis toxin (PT) – жүкті жөтелге (коклюшқа) себеп болатын Bordetella pertussis бактериясы өндіретін АB5 типіндегі ақуыздық экзотоксин. PT тыныс жолдарында колонизацияға және инфекцияның дамуына қатысады. Зерттеулер PT-нің гипертония, вирустық инфекциялар және аутоиммундық аурулар сияқты көптеген кең таралған адам ауруларын емдеуде терапиялық әлеуеті бар екенін көрсетеді.

Тарих

ПТ-ның коклюш патогенезіндегі орталық рөлі анық, бірақ бұл 1980-жылдардың басында ғана анықталды. Коклюштің пайда болуы басқа эпидемиялық жұқпалы аурулармен салыстырғанда салыстырмалы түрде жаңа құбылыс. Коклюш немесе ұсық жөтелдің ең ерте кездесуі 1414 жылы Парижде болған жарылыс туралы мәліметтерде кездеседі. Бұл 1640 жылы Моултонның «Денсаулықтың айнасы» еңбегінде жарияланды. 1578 жылы Парижде тағы бір коклюш эпидемиясы болды, оны замандас Гиллом де Байю сипаттады. Коклюш 18-шы ғасырдың ортасына қарай бүкіл Еуропаға кеңінен танымал болды. Жюль Борде және Октав Генгу 1900 жылы 6 айлық нәрестеде ұсық жөтелмен ауырған кездегі қақырыдан жаңа «овоидті бацилла» табылғанын сипаттады. Сонымен қатар, олар 1906 жылы Брюссельдегі Пастер институтында Bordetella pertussis-ті алғаш рет өсірді. Bordetella түрлерінің арасындағы бір айырмашылық – B. pertussis ПТ-ны өндіреді, ал басқа түрлер өндірмейді. Bordetella parapertussis B. pertussis-ке ең көп ұқсас, сондықтан коклюштің ерекше белгілерін тудыруда ПТ-ның рөлін анықтау үшін зерттеулерде қолданылды. Тышқандарға жасалған зерттеулер B. pertussis жұқтырған тышқандарда ұсық жөтелге тән пароксизмалық жөтелдің дамуын көрсетті. B. parapertussis немесе B. pertussis-тің ПТ жетіспейтін мутантымен жұқтырған тышқандарда бұл симптом байқалған жоқ; екі штаммның ешқайсысы ПТ-ны өндірген жоқ.

Құрылымы

Бактериялық экзотоксиндердің үлкен тобы "А/В токсиндері" деп аталады, себебі олар екі субүніттен тұрады. "А" субүніті ферменттік активтілікке ие, ал мембранаға байланысқан "В" тасымалдау субүнітінің конформациялық өзгеруінен кейін қабылдаушы жасушаға беріледі. Субүніттер АВ құрылымында орналасқан: А компоненті ферменттік белсенді және S1 субүнітінен құралған, ал В компоненті рецепторға байланысатын бөлік болып табылады және S2–S5 субүніттерінен тұрады.

Патогенездің механизмі

ПТ B. pertussis-тен белсенді емес түрінде бөлінеді. PT жасуша мембранасының рецепторына байланысқаннан кейін эндосомаға сіңіріледі, одан кейін ретроградты тасымалдау арқылы trans Golgi желісіне және эндоплазмалық ретикулумға жеткізіледі. Бұл тасымалдау барысында, белгілі бір сәтте А-кішібірлігі (немесе протомер) глютатион мен АТФ әсерінен белсендірілуі мүмкін. PT гетеротримерлік G ақуызының αi-кішібірліктерін АДФ рибосиллауын катализдейді. Бұл G ақуыздарының жасуша мембранасындағы G ақуызымен байланысқан рецепторлармен өзара әрекеттесуіне кедергі келтіріп, жасушаішілік коммуникацияны бұзады. Gi суббұйымдары GDP-ге байланысқан, белсенді емес күйде қалады, сондықтан аденолатциклаза активтілігін тежемейді, нәтижесінде cAMP-тің жасушалық концентрациясы артады. Жасушаішілік cAMP-тің артуы қалыпты биологиялық сигнализацияға әсер етеді. Токсин бірнеше жүйелік әсерлерге алып келеді, оның ішінде инсулиннің артуына және гипогликемияға. Пароксизмалық жөтелге кекіруші токсиннің әсері себеп бола ма, әзірге белгісіз. Осы ерекше механизмнің нәтижесінде PT сигнал транскрипциясын зерттеуде GTP байланысқан ақуыздарды АДФ рибосилдауға арналған биохимиялық құрал ретінде кеңінен қолданылады. Хемокиндер – инфекцияланған жасушалар өндіретін сигнализациялық молекулалар, олар нейтрофильдер мен макрофагтарды тартады. Нейтрофильдердің хемотаксисінің бұзылуы G ақуызымен байланысқан хемокин рецепторларын Gi ақуыздарының АДФ рибосиляциясы арқылы тежеу нәтижесінде туындауы мүмкін. Бұзылған сигнализация жолдарының салдарынан хемокиндердің синтезі бұзылады. Бұл инфекцияланған жасушаның оларды өндіруіне кедергі келтіріп, нейтрофильдердің жиналуын тежейді. Қалыпты жағдайда альвеолярлық макрофагтар және басқа да өкпе жасушалары әртүрлі хемокиндерді өндіреді. PT кератиноциттерден туындаған хемокиннің, макрофагтардың қабыну протеині 2 және LPS-индукцияланған CXC хемокинінің ерте транскрипциясын тежейтіні анықталды. B. pertussis-тің маңызды вируленттілік факторы болып табылатын PT, өткірлігін арттыру арқылы қан-ми тосқауылдарын кесіп өте алады. Нәтижесінде PT ауыр неврологиялық асқынуларға әкелуі мүмкін; алайда, жақында Pertussis токсинінің медициналық қолданысы реттеуші T жасушаларының дамуын ынталандыратыны және көп склероз сияқты орталық нерв жүйесінің аутоиммундық ауруларының алдын алуға көмектесетіні анықталды.

Метаболизм

PT эндоплазмалық торда (ER) екі бөлікке бөлінетіні белгілі: ферментативті белсенді А (S1) және жасушаға байланысатын B (B) кіші бірлігі. Екі кіші бірлік протеолитикалық кесу арқылы бөлінеді. B суббұрынты 26S протеазомамен убиквитинге тәуелді түрде ыдырайды. Алайда, А кіші бірлігінде убиквитинге тәуелді ыдырау үшін қажетті лизин қалдықтары жоқ. Сондықтан PT А кіші бірлігі көптеген басқа белоктар сияқты метаболизмге ұшырамайды. PT жылу тұрақты және протеазаға төзімді, бірақ A және B бөлінгеннен кейін бұл қасиеттер өзгереді. B-бөлімше 60°C-қа дейінгі температурада жылу тұрақтылығын сақтайды, бірақ ол ақуыздың ыдырауына бейім. PT А кіші бірлігі керісінше, убиквитинге тәуелді ыдырауға аз бейім, бірақ 37°C температурада тұрақсыз. Бұл ER-дегі белоктың жазылуын (unfolding) жеңілдетеді және жасушаны А-бөлімшесін цитозолға тасымалдауға итермелейді, онда әдетте жазылған белоктар ыдырау үшін белгіленеді. Осылайша, жазылған конформация цитозолға PT A-ның ERAD арқылы транслокациясын ынталандырады. Цитозолға кірген соң ол NAD-мен байланысып, тұрақты, бүктелген белокты қайта құра алады. PT А кіші бірлігінің әлсіз тұсы – оның жылуға төзімсіздігі. Әдеттегідей, бүктелген және жазылған күйлер арасында тепе-теңдік бар. Белок жазылған кезде, ол 20S протеазомамен ыдырайды, ол тек жазылмаған белоктарды ғана ыдырата алады. Бұл токсиннің өндірісінің артуына және вируленттіліктің жоғарылауына алып келеді. Мұндай таралу бірнеше елде тіркелді және кейде, бірақ әрқашан емес, 20-шы ғасырдың соңында коклюштің қайта өршуімен байланысты. ptxP3 таралуы туралы дерек бар елдерге Австралия, Дания, Финляндия, Иран, Италия, Жапония, Нидерланды және Швеция жатады.