stringtranslate.com

Дифтерийный токсин

Дифтерийный токсин — это экзотоксин, секретируемый в основном Corynebacterium diphtheriae , но также Corynebacterium ulcerans и Corynebacterium pseudotuberculosis , патогенной бактерией , вызывающей дифтерию . Ген токсина кодируется профагом [ аннотация 1], называемым коринефагом β . [1] [2] Токсин вызывает заболевание у людей, проникая в цитоплазму клетки и подавляя синтез белка . [3]

Структура

Дифтерийный токсин представляет собой одиночную полипептидную цепь из 535 аминокислот, состоящую из двух субъединиц, связанных дисульфидными мостиками , и известный как токсин AB . Связывание с клеточной поверхностью субъединицы B (менее стабильной из двух субъединиц) позволяет субъединице A (более стабильной части белка) проникать в клетку-хозяина . [4]

Кристаллическая структура гомодимера дифтерийного токсина была определена с разрешением 2,5 ангстрема . Структура показывает молекулу в форме буквы Y , состоящую из трех доменов . Фрагмент A содержит каталитический домен C, а фрагмент B состоит из доменов T и R: [5]

Механизм

Дифтамид

Дифтерийный токсин имеет тот же механизм действия, что и фермент НАД(+)-дифтамид АДФ-рибозилтрансфераза ( КФ 2.4.2.36). Он катализирует АДФ-рибозилирование необычной аминокислоты дифтамида в eEF-2 путем переноса АДФ-рибозильной группы из НАД + . АДФ-рибозилирование дифтамида инактивирует белок eEF-2, тем самым ингибируя трансляцию мРНК. Катализируемая реакция выглядит следующим образом:

НАД + + пептид дифтамид никотинамид + пептид N -(АДФ-D-рибозил)дифтамид.

Экзотоксин А Pseudomonas aeruginosa использует аналогичный механизм действия.

Этапы создания токсичности следующие: [ необходима цитата ]

  1. Обработка
    1. Лидерная область расщепляется во время секреции.
    2. Протеолитическое расщепление разделяет субъединицы А и В, которые остаются соединенными дисульфидными связями до тех пор, пока не достигнут цитозоля.
  2. Токсин связывается с предшественником эпидермального фактора роста, связывающим гепарин ( HB-EGF ). [9] : 116 
  3. Комплекс подвергается эндоцитозу клеткой-хозяином.
  4. Подкисление внутри эндосомы вызывает транслокацию субъединицы А в цитозоль.
    1. Дисульфидные связи разрываются.
    2. Субъединица B остается в эндосоме в виде поры.
  5. Субъединица А АДФ-рибозилирует хозяина eEF-2, который необходим для синтеза белка; когда он инактивируется, хозяин не может производить белок и, таким образом, погибает.

Смертельная доза и последствия

Дифтерийный токсин чрезвычайно силен. [4] Смертельная доза для человека составляет около 0,1 мкг токсина на кг веса тела. Смерть наступает из-за некроза сердца и печени . [ 10 ] Дифтерийный токсин также связан с развитием миокардита . Миокардит, вызванный дифтерийным токсином, считается одним из самых больших рисков для неиммунизированных детей.

История

Дифтерийный токсин был открыт в 1888 году Эмилем Ру и Александром Йерсеном . В 1890 году Эмиль Адольф фон Беринг разработал антитоксин на основе крови лошадей, иммунизированных ослабленными бактериями. [11] В 1951 году Фримен обнаружил, что ген токсина не был закодирован в бактериальной хромосоме, а был закодирован лизогенным фагом ( коринефагом β ) [2], инфицирующим все токсигенные штаммы. [12] [13] [14]

Клиническое применение

Препарат денилейкин дифтитокс использует дифтерийный токсин в качестве противоопухолевого средства.

Resimmune — это иммунотоксин , который проходит клинические испытания на пациентах с кожной Т-клеточной лимфомой . Он использует дифтерийный токсин (усеченный доменом связывания клеток), соединенный с антителом к ​​CD3ε (UCHT1). [15]

Исследовать

Подобно другим токсинам AB, дифтерийный токсин способен переносить экзогенные белки через клеточные мембраны млекопитающих, которые обычно непроницаемы для крупных белков. Эта уникальная способность может быть перенаправлена ​​на доставку терапевтических белков вместо каталитического домена токсина. [16] [17]

Этот токсин также использовался в нейробиологических и онкологических исследованиях для удаления определенных популяций клеток, которые экспрессируют рецептор дифтерийного токсина ( гепарин-связывающий фактор роста, подобный EGF ). Введение токсина в организм, который естественным образом не экспрессирует этот рецептор (например, мыши), приведет к выборочной абляции популяции клеток, которые его экспрессируют. [18] [19]

Аннотации

  1. ^ Профаг — это вирус , внедрившийся в геном бактерии-хозяина.

Ссылки

  1. ^ ТАБЛИЦА 1. Свойства вирулентности бактерий, измененные бактериофагами из Wagner PL, Waldor MK (август 2002 г.). «Контроль бактериальной вирулентности с помощью бактериофагов». Инфекция и иммунитет . 70 (8): 3985–93. doi :10.1128/IAI.70.8.3985-3993.2002. PMC  128183. PMID  12117903.
  2. ^ ab Johnson LP, Tomai MA, Schlievert PM (май 1986). «Участие бактериофага в продукции пирогенного экзотоксина А стрептококка группы А». Журнал бактериологии . 166 (2): 623–7. doi :10.1128/jb.166.2.623-627.1986. PMC 214650. PMID  3009415 . 
  3. ^ abcd Bell CE, Eisenberg D (январь 1996). «Кристаллическая структура дифтерийного токсина, связанного с никотинамидадениндинуклеотидом». Биохимия . 35 (4): 1137–49. doi :10.1021/bi9520848. PMID  8573568.
  4. ^ ab Murphy JR (1996). "Corynebacterium Diphtheriae: производство дифтерийного токсина". В Baron S, et al. (ред.). Медицинская микробиология (4-е изд.). Галвестон, Техас: Медицинское отделение Техасского университета. ISBN 978-0-9631172-1-2. PMID  21413281.
  5. ^ Choe S, Bennett MJ, Fujii G, Curmi PM, Kantardjieff KA, Collier RJ, Eisenberg D (май 1992). «Кристаллическая структура дифтерийного токсина». Nature . 357 (6375): 216–22. Bibcode :1992Natur.357..216C. doi :10.1038/357216a0. PMID  1589020. S2CID  4264277.
  6. ^ ab Bell CE, Eisenberg D (январь 1997). "Кристаллическая структура дифтерийного токсина без нуклеотидов". Биохимия . 36 (3): 481–8. CiteSeerX 10.1.1.432.7047 . doi :10.1021/bi962214s. PMID  9012663. 
  7. ^ abc Bennett MJ, Eisenberg D (сентябрь 1994 г.). «Уточненная структура мономерного дифтерийного токсина с разрешением 2,3 А». Protein Science . 3 (9): 1464–75. doi :10.1002/pro.5560030912. PMC 2142954 . PMID  7833808. 
  8. ^ Bennett MJ, Choe S, Eisenberg D (сентябрь 1994 г.). «Уточненная структура димерного дифтерийного токсина с разрешением 2,0 А». Protein Science . 3 (9): 1444–63. doi :10.1002/pro.5560030911. PMC 2142933 . PMID  7833807. 
  9. ^ Жилле, Даниэль; Барбье, Жюльен (2015). «Глава 4: Дифтерийный токсин». В Alouf, Joseph; Ladant, Daniel; Popoff, Michel R. (ред.). The Comprehensive Sourcebook of Bacterial Protein Toxins (четвертое изд.). Elsevier. стр. 111–132. ISBN 978-0-12-800188-2.
  10. ^ Паппенгеймер AM (1977). «Дифтерийный токсин». Annual Review of Biochemistry . 46 (1): 69–94. doi :10.1146/annurev.bi.46.070177.000441. PMID  20040.
  11. ^ Энке У (2015). «125 Jahre Diphtherieheilserum: Das Behring'sche Gold» [125 лет лечебной сыворотки от дифтерии: золото Беринга]. Deutsches Ärzteblatt (на немецком языке). 112 (49): А-2088.
  12. ^ Freeman VJ (июнь 1951 г.). «Исследования вирулентности штаммов Corynebacterium diphtheriae, инфицированных бактериофагом». Журнал бактериологии . 61 (6): 675–88. doi : 10.1128 /JB.61.6.675-688.1951. PMC 386063. PMID  14850426. 
  13. ^ Freeman VJ, Morse IU (март 1952 г.). «Дальнейшие наблюдения за изменением вирулентности вирулентных штаммов Corynebacterium diphtheria, инфицированных бактериофагом». Журнал бактериологии . 63 (3): 407–14. doi :10.1128/JB.63.3.407-414.1952. PMC 169283. PMID  14927573 . 
  14. ^ Тодар К. (2009). «Дифтерия». Интернет-учебник по бактериологии Тодара . Университет Висконсина.
  15. ^ Woo JH, Lee YJ, Neville DM, Frankel AE (2010). "Фармакология анти-CD3 дифтерийного иммунотоксина в испытаниях CD3-положительной Т-клеточной лимфомы". Иммунотерапия рака . Методы в молекулярной биологии. Т. 651. С. 157–75. doi :10.1007/978-1-60761-786-0_10. ISBN 978-1-60761-785-3. PMID  20686966.
  16. ^ Auger A, Park M, Nitschke F, Minassian LM, Beilhartz GL, Minassian BA, Melnyk RA (август 2015 г.). «Эффективная доставка структурно разнообразного белкового груза в клетки млекопитающих с помощью бактериального токсина». Молекулярная фармацевтика . 12 (8): 2962–71. doi :10.1021/acs.molpharmaceut.5b00233. PMID  26103531.
  17. ^ Beilhartz GL, Sugiman-Marangos SN, Melnyk RA (октябрь 2017 г.). «Повторное использование бактериальных токсинов для внутриклеточной доставки терапевтических белков». Биохимическая фармакология . 142 : 13–20. doi : 10.1016/j.bcp.2017.04.009. PMID  28408344. S2CID  6212879.
  18. ^ Han JH, Kushner SA, Yiu AP, Hsiang HL, Buch T, Waisman A и др. (март 2009 г.). «Выборочное стирание памяти о страхе». Science . 323 (5920): 1492–6. Bibcode :2009Sci...323.1492H. doi :10.1126/science.1164139. PMID  19286560. S2CID  1257448.
  19. ^ Tammela T, Sage J (2020). «Исследование гетерогенности опухолей в моделях мышей». Annual Review of Cancer Biology . 4 (1): 99–119. doi : 10.1146/annurev-cancerbio-030419-033413 . PMC 8218894. PMID  34164589. 

Внешние ссылки

В статье использован текст из общедоступных источников Pfam и InterPro : IPR022406
В статье использован текст из общедоступных источников Pfam и InterPro : IPR022405
В статье использован текст из общедоступных источников Pfam и InterPro : IPR022404