Введение
Экзотоксин Дифтерийный токсин - экзотоксин, секретируемый в основном Corynebacterium diphtheriae, а также Corynebacterium ulcerans и Corynebacterium pseudotuberculosis, патогенной бактерией, вызывающей дифтерию. Ген токсина кодируется профагом, называемым корнефагом β. Токсин вызывает заболевание у людей, попадая в цитоплазму клетки и ингибируя синтез белка.
Diphtheria toxin is an exotoxin secreted mainly by Corynebacterium diphtheriae but also by Corynebacterium ulcerans and Corynebacterium pseudotuberculosis, the pathogenic bacterium that causes diphtheria. The toxin gene is encoded by a prophage called corynephage β. The toxin causes the disease in humans by gaining entry into the cell cytoplasm and inhibiting protein synthesis.
Структура
Дифтерийный токсин представляет собой однополипептидную цепь из 535 аминокислот, состоящую из двух подединиц, связанных дисульфидными мостами, известных как токсин А и Б. Связывание с клеточной поверхностью B-субъединения (менее стабильного из двух субъединений) позволяет A-субъединению (более стабильной части белка) проникать в клетку-хозяина. Кристаллическая структура гомодимера дифтерийного токсина была определена с разрешением 2,5 ангстрома. Структура показывает молекулу формы Y, состоящую из трех доменов. Фрагмент А содержит каталитический домен C, а фрагмент B состоит из доменов T и R: аминотерминальный каталитический домен, известный как домен C, имеет необычную бета+альфа-сгиб. Домен C блокирует синтез белка путем переноса ADP-рибозы из NAD в дифтамадидный остаток фактора удлинения эукариотов 2 (eEF 2). Изменение конформации, вызванное рН, в T-домене вызывает внедрение в эндосомную мембрану и облегчает перенос C-домена в цитоплазму. Комплекс подвергается эндоцитозу клеткой-хозяином. Окисление внутри эндосомы вызывает транслокацию подединицы А в цитозол. Дисульфидные связи нарушены. Подединица B остается в эндосоме в виде поры. Подединица A ADP рибозилатов является хозяином eEF 2, который необходим для синтеза белка; когда он инактивирован, хозяин не может производить белок и, следовательно, умирает.
The amino terminal catalytic domain, known as the C domain, has an unusual beta+alpha fold. The C domain blocks protein synthesis by transfer of ADP ribose from NAD to a diphthamide residue of eukaryotic elongation factor 2 (eEF 2). A pH induced conformational change in the T domain triggers insertion into the endosomal membrane and facilitates the transfer of the C domain into the cytoplasm. The complex undergoes endocytosis by the host cell. Acidification inside the endosome induces translocation of the A subunit into the cytosol. Disulfide bonds are broken. The B subunit remains in the endosome as a pore. The A subunit ADP ribosylates host eEF 2, which is required for protein synthesis; when it is inactivated, the host cannot make protein and thus dies.
Летальная доза и эффекты
Дифтерийный токсин чрезвычайно силен. Дифтерийный токсин также связан с развитием миокардита. Миокардит, вторичный дифтерийному токсину, считается одним из самых больших рисков для неиммунизированных детей.
История
Дифтерийный токсин был обнаружен в 1888 году Эмилем Ру и Александром Ерсином. В 1890 году Эмиль Адольф фон Беринг разработал антитоксин на основе крови лошадей, иммунизированных ослабленными бактериями. В 1951 году Фриман обнаружил, что ген токсина кодируется не на хромосоме бактерии, а лизогенным фагом (корнефагом β)
Клиническое применение
Препарат денилеукин дифтитокс использует дифтерийный токсин в качестве противоопухолевого средства. Резимун - это иммунотоксин, который находится в клинических испытаниях у пациентов с кожным Т-клеточным лимфомом. Он использует дифтерийный токсин (отрезанный клеточным связывающим доменом) в сочетании с антителом к CD3ε (UCHT1).
Исследования
Как и другие токсины АВ, дифтерийный токсин умело переносит экзогенные белки через мембраны клеток млекопитающих, которые обычно непроницаемы для крупных белков. Эта уникальная способность может быть использована для доставки терапевтических белков, вместо каталитического домена токсина. Этот токсин также использовался в нейробиологических и онкологических исследованиях для уничтожения специфических популяций клеток, экспрессирующих рецептор дифтерийного токсина (гепарин, связывающий EGF как фактор роста). Введение токсина в организм, который естественным образом не экспрессирует этот рецептор (например, мыши), приведет к селективному уничтожению популяции клеток, которые его экспрессируют.