Введение

Белокожий комплекс, секретируемый бактерией Vibrio cholerae Токсин холеры (также известный как холераген и иногда сокращенный как CTX, Ctx или CT) представляет собой мультимерический белковый комплекс AB5, секретируемый бактерией Vibrio cholerae. CTX является причиной массовой водянистой диареи, характерной для инфекции холеры. Он относится к семейству теплолабильных энтеротоксинов.

История

Роберт Кох, немецкий врач и микробиолог, был первым, кто предположил существование токсина холеры. В 1886 году Кох предположил, что вибриохолера выделяет вещество, которое вызывает симптомы холеры. Постуляция Коха была доказана правильной индийским микробиологом Самбху Натхом Де, который в 1951 году изучил и задокументировал эффекты инъекции кроликов с теплой бактерией холеры. В результате этого эксперимента было установлено, что эндотоксин, выделяемый при распаде бактерий, является причиной симптомов холеры. Полученное в результате накопление жидкости в кишечнике окончательно доказало существование токсина.

Структура

Полный токсин представляет собой гексамер, состоящий из одной копии подединицы А (часть А, ферментативная) и пяти копий подединицы В (часть В, связывающая рецептор), обозначенной как AB5. Субъект B связывается, в то время как субъект A активирует белок G, который активирует аденилатциклазу. Трехмерная структура токсина была определена с использованием рентгеновской кристаллографии Чжан и др. В 1995 году. Пять подединиц B, каждая из которых весит 11 кД, образуют пятичленное кольцо. Подединица А, которая составляет 28 кДа, имеет два важных сегмента. Часть цепи А1 (CTA1) представляет собой глобулярную ферментную нагрузку, которая ADP рибозилирует белки G, в то время как цепь А2 (CTA2) образует расширенную альфа-спираль, которая плотно расположена в центральной поре кольца подединицы В. Эта структура по форме, механизму и последовательности похожа на теплолабильный энтеротоксин, выделяемый некоторыми штаммами бактерии Escherichia coli.

Патогенез

Токсин холеры действует следующим образом: во-первых, кольцо B-субъединения токсина холеры связывается с ганглиозидами GM1 на поверхности клеток-мишени. Если клетке не хватает GM1, токсин, скорее всего, связывается с другими типами гликонов, такими как Lewis Y и Lewis X, прикрепленными к белкам вместо липидов. После связывания, весь токсинный комплекс эндоцитозируется клеткой, и сокращение дисульфидного моста высвобождает цепь холерного токсина А1 (CTA1). Эндосома перемещается в аппарат Голги, где белок А1 распознается эндоплазматическим ретикулом (ЭР) шапероном, белковой дисульфидной изомеразой. Затем цепь А1 раскладывается и доставляется к мембране, где Ero1 запускает высвобождение белка А1 путем окисления белкового дисульфидного изомеразного комплекса. По мере того, как белок А1 перемещается из ЭР в цитоплазму по каналу Sec61, он перегибается и избегает деактивации в результате убиквитинирования. Затем CTA1 может связываться с человеческим белком-партнером, называемым ARF6 (ADP-рибосилирующий фактор 6); связывание с Arf6 приводит к изменению формы CTA1, которое выявляет его активное место и обеспечивает его каталитическую активность. Фрагмент CTA1 катализирует ADP-рибозилирование белков Gs-альфа-субъединения (Gαs) с использованием NAD. Рибозилирование ADP приводит к тому, что подединица Gαs теряет свою каталитическую активность гидролиза GTP в GDP + Pi, таким образом поддерживая Gαs в активированном состоянии. Повышенная активация Gαs приводит к увеличению активности аденилатциклазы, которая увеличивает внутриклеточную концентрацию 3', 5' циклического AMP (cAMP) более чем в 100 раз выше нормы и активирует цитозольную PKA. Эти активные ПКА затем фосфорилируют белки хлоридного канала регулятора проводимости через мембрану (CFTR) при кистозном фиброзе, что приводит к опосредованному АТФ выделению ионов хлорида и приводит к секреции H2O, Na+, K+ и HCO3− в просвет кишечника. Кроме того, вход Na+ и, следовательно, вход воды в энтероциты уменьшается. Совокупный эффект приводит к быстрой потере жидкости из кишечника, до 2 литров в час, что приводит к сильному обезвоживанию и другим факторам, связанным с холерой, включая рисовый стул. Токсин коклюша (также белок AB5), вырабатываемый Bordetella pertussis, действует аналогичным образом, за исключением того, что он ADP рибозилирует подединицу Gαi, что делает его неспособным ингибировать выработку cAMP.

Происхождение

[[Файл:RS1, CTXφ, и f1. gif "идеи" 447x447px "идеи" Сравнение между филаментными фагами RS1, CTXφ и f1. Интегрированный ген CTXφ содержит многие гены RS1, нитевидного "спутникового" фага, включая элементы для репликации (RstA), интеграции (RstB) и регулирования экспрессии генов (RstR), а также гены, кодирующие белки, необходимые для упаковки и секреции фага (Psh, Cep, OrfU, Ace и Zot), которые очень похожи на гены нитевидных колифагов Ff. Лечение культивированных нервных стволовых клеток грызунов токсином холеры вызывает изменения в локализации фактора транскрипции Hes3 и увеличивает их количество. ГМ1 ганглиозиды обнаруживаются в липидных плотях на поверхности клетки. Комплексы субединиц B, помеченные флуоресцентными метками или впоследствии нацеленные на антитела, могут использоваться для идентификации плотов.

Вакцина

В настоящее время существует две вакцины против холеры: Dukoral и Shanchol. В обеих вакцинах используются целые убитые клетки V. cholerae, однако Dukoral также содержит рекомбинантный токсин бета- холеры (rCTB). Некоторые исследования показывают, что включение rCTB может улучшить эффективность вакцины у маленьких детей (2 10) и увеличить продолжительность защиты. Этому противопоставляются затраты на защиту и хранение rCTB от деградации.

Адъювант вакцины

Еще одно применение субединицы CTB может быть в качестве адъюванта вакцины к другим вакцинам. Было показано, что соединение CTB и антигенов улучшает реакцию вакцины. В настоящее время адъювантный потенциал CTB был продемонстрирован на крупных моделях животных, поэтому необходимы дальнейшие исследования. Это может позволить использовать CTB в качестве адъюванта для вакцинации против многих видов болезней. Это могут быть бактериальные и вирусные инфекции, аллергия и диабет. Следует отметить, что, поскольку КТБ, как было показано, вызывает гуморальные иммунные реакции слизистой оболочки, вакцины против вирусов слизистой оболочки, таких как ВИЧ, являются потенциальной мишенью.

Эндоцитоз

Эндоцитоз в основном делится на клатринозависимый и независимый процесс, и токсин холеры использует оба пути. Было показано, что токсин холеры попадает в клетки через эндоцитоз по нескольким путям. Эти пути включают в себя кавеолы, клатриновые ямы, независимые переносчики клатрина (CLIC) и GPI- обогащенные эндоцитарные отсеки (GEEC), ARF6- опосредованный эндоцитоз и быстрый эндофилин- опосредованный эндоцитоз (FEME). Как токсин холеры запускает эти пути эндоцитоза, не полностью понятно, но тот факт, что токсин холеры запускает эти пути, показывает использование токсина в качестве важного маркера для исследования этих механизмов.

Ретроградная торговля

Одним из наиболее важных аспектов холеринского токсина является механизм ретроградного трафика, который переносит токсин из клеточной мембраны обратно в сеть транс-Голги и эндоплазматическую сеть. Поскольку как токсин холеры, так и виды GM1 могут быть помечены флуоресцентными метками, можно контролировать механизм ретроградного трафика. Это открывает возможность для мониторинга механизма в режиме реального времени. Это может открыть новые открытия о том, как работает внутриклеточный транспорт и как работает сортировка белков и липидов в эндоцитозном пути.