stringtranslate.com

гемолизин

Гемолизины или гемолизины представляют собой липиды и белки, которые вызывают лизис эритроцитов , разрушая клеточную мембрану . Хотя литическая активность некоторых гемолизинов микробного происхождения на эритроцитах может иметь большое значение для усвоения питательных веществ, многие гемолизины, продуцируемые патогенами, не вызывают значительного разрушения эритроцитов во время инфекции. Однако гемолизины часто способны лизировать эритроциты in vitro .

Хотя большинство гемолизинов представляют собой белковые соединения, некоторые из них представляют собой липидные биосурфактанты . [1]

Характеристики

Многие бактерии производят гемолизины, которые можно обнаружить в лаборатории. В настоящее время считается, что многие клинически значимые грибы также продуцируют гемолизины. [2] Гемолизины можно идентифицировать по их способности лизировать эритроциты in vitro .

Гемолиз, вызванный стрептококком, на чашке.

Гемолизины поражают не только эритроциты, но и другие клетки крови, такие как лейкоциты (лейкоциты). Гемолизин Escherichia coli потенциально цитотоксичен для моноцитов, лимфоцитов и макрофагов , приводя к их аутолизу и гибели.

Визуализация гемолиза (Великобритания: гемолиз) эритроцитов в чашках с агаром облегчает классификацию стрептококков .

Механизм

Одним из способов лизиса эритроцитов гемолизином является образование пор в бислоях фосфолипидов . [3] [4] Другие гемолизины лизируют эритроциты путем гидролиза фосфолипидов в бислое.

Образование пор

Многие гемолизины представляют собой порообразующие токсины (ПФТ), которые способны вызывать лизис эритроцитов , лейкоцитов и тромбоцитов , образуя поры на цитоплазматической мембране .

Гемолизин обычно секретируется бактериями в водорастворимом виде. Эти мономеры диффундируют к клеткам-мишеням и прикрепляются к ним с помощью специфических приемников . После этого они олигомеризуются, образуя кольцевые гептамерные комплексы. [5]

Гемолизины могут секретироваться многими различными видами бактерий, такими как Staphylococcus aureus , Escherichia coli или Vibrio parahemolyticus, а также другими патогенами. В качестве конкретного примера продукции порообразующего гемолизина можно рассмотреть бактерию Staphylococcus aureus . Золотистый стафилококк является возбудителем многих инфекционных заболеваний, таких как пневмония и сепсис . Он образует кольцеобразный комплекс, называемый стафилококковой порой альфа-гемолизина. В природе Staphylococcus aureus секретирует мономеры альфа-гемолизина, которые связываются с внешней мембраной восприимчивых клеток. При связывании мономеры олигомеризуются с образованием заполненного водой трансмембранного канала, который способствует неконтролируемому проникновению воды , ионов и небольших органических молекул . Быстрый выброс жизненно важных молекул, таких как АТФ , диссипация мембранного потенциала и ионных градиентов , а также необратимое осмотическое набухание, приводящее к разрыву клеточной стенки (лизису), могут вызвать смерть клетки-хозяина.

Эта пора состоит из семи субъединиц альфа-гемолизина, которые представляют собой основной цитотоксический агент, выделяемый бактериями этого типа. Эти субъединицы прикрепляются к клеткам-мишеням описанным ранее способом и расширяют липидный бислой, образуя поровые структуры . Эти поры в клеточной мембране в конечном итоге приводят к гибели клеток, поскольку они позволяют осуществлять обмен одновалентными ионами, которые могут вызвать фрагментацию ДНК.

Ферментативный

Некоторые гемолизины повреждают мембрану эритроцитов, расщепляя находящиеся в мембране фосфолипиды.

Гемолизины золотистого стафилококка

α-гемолизин

Альфа(α)-гемолизин Staphylococcus aureus : макромолекулярная структура трансмембранной поры.

Секретируемый Staphylococcus aureus , этот токсин связывается с внешней мембраной с последующей олигомеризацией мономеров токсина с образованием заполненных водой каналов. [6] Они ответственны за осмотические явления, деполяризацию клеток и потерю жизненно важных молекул (в.гр. АТФ), что приводит к гибели клеток. [7]

β-гемолизин

β-гемолизин (hlb; Q2FWP1 ) представляет собой токсин фосфолипазы C, секретируемый S. aureus . При исследовании эритроцитов барана был обнаружен механизм его токсичности, заключающийся в гидролизе специфического мембранного липида сфингомиелина , составляющего 50% мембраны клетки. За этой деградацией последовало заметное повышение уровня фосфорилхолина из-за высвобождения органического фосфора из сфингомиелина, что в конечном итоге вызвало лизис клеток. [8]

γ-гемолизин

γ-гемолизины представляют собой порообразующие токсины того же семейства, что и α-гемолизин. Они уникальны тем, что состоят из двух компонентов и поэтому называются двухкомпонентными токсинами ( InterPro :  IPR003963 ). По сравнению с бета-гемолизином он обладает более высоким сродством к фосфохолинам с короткими насыщенными ацильными цепями, особенно если они имеют коническую форму, тогда как цилиндрические липиды (например, сфингомиелин) препятствуют его активности. Литический процесс, чаще всего наблюдаемый в лейкоцитах, вызван образованием пор, индуцированным олигомеризованным октамером, который образует кольцевую структуру. После образования препоры возникает более стабильная, называемая β-бочонком. В этой заключительной части октамер связывается с фосфатидилхолином . [9]

Состав

Методом рентгеновской кристаллографии решена структура ряда гемолизинов в растворимой и порообразующей конформациях. Например, α-гемолизин Staphylococcus aureus образует в биологических мембранах гомогептамерный β-цилиндр . [10] Цитолизин Vibrio cholerae [11] также образует гептамерную пору, однако γ-гемолизин Staphylococcus aureus [12] образует октамерную пору .

Гептамер α-гемолизина золотистого стафилококка имеет грибовидную форму, размеры до 100 Å в диаметре и 100 Å в высоту. Пересекающий мембрану канал, доступный для растворителя, проходит вдоль семикратной оси и имеет диаметр от 14 Å до 46 Å. На внешней стороне 14-нитевого антипараллельного β-цилиндра имеется гидрофобный пояс шириной примерно 30 Å, который обеспечивает поверхность, комплементарную неполярной части липидного бислоя. Интерфейсы состоят как из солевых связей, так и из водородных связей , а также гидрофобных взаимодействий , и эти контакты обеспечивают молекулярную стабильность гептамера в растворах ДСН даже до 65 ° C. [13]

Роль во время заражения

Считается, что гемолизины ответственны за многие события в клетках-хозяевах. Например, железо может быть лимитирующим фактором роста различных болезнетворных бактерий. [14] Поскольку свободное железо может генерировать вредные свободные радикалы , его концентрация в организме обычно поддерживается в низких концентрациях. Эритроциты богаты железосодержащим гемом . Лизис этих клеток высвобождает гем в окружающую среду, позволяя бактериям поглощать свободное железо. Но гемолизин родственен бактериям не только в этом, но и в некоторых других отношениях.

Как упоминалось ранее, гемолизин является потенциальным фактором вирулентности, вырабатываемым микроорганизмами , который может поставить под угрозу здоровье человека. Несмотря на то, что гемолиз вызывает ряд тяжелых патологий , многие случаи гемолиза не предполагают опасности для здоровья. Но тот факт, что гемолизины (продуцируемые патогенными микроорганизмами при инфекциях) сочетаются с другими факторами вирулентности, может в большей степени угрожать жизни человека.

Основным последствием гемолиза является гемолитическая анемия , состояние, при котором происходит разрушение эритроцитов и их позднее удаление из кровотока раньше, чем это ожидается в нормальной ситуации. Поскольку костный мозг не может производить эритроциты достаточно быстро, чтобы удовлетворить потребности организма, кислород не поступает в ткани организма должным образом. Как следствие, могут появиться некоторые симптомы, такие как усталость , боль , аритмии , увеличение сердца или даже сердечная недостаточность и другие. [15]

В зависимости от вида гемолизина и микроорганизма, его продуцирующего, проявления симптомов и заболеваний могут различаться от случая к случаю:

И аэролизин, и альфа-гемолизин синтезируются внеклеточными бактериями, которые заражают определенные поверхности тканей.

Гемолизины оказались повреждающим фактором для жизненно важных органов за счет активности Staphylococcus aureus . S.aureus является опасным патогеном, который может привести к некротизирующей инфекции , обычно распознаваемой по массивной воспалительной реакции , приводящей к повреждению или даже разрушению тканей. Яркий пример этому: пневмония , вызванная S.aureus . [16] В этом случае было доказано, что альфа-гемолизин принимает участие в индукции некротического повреждения легких за счет использования воспалительной сомы NLRP3 , которая отвечает за воспалительные процессы и пироптоз . Пневмония, вызванная S.aureus , является распространенным заболеванием в некоторых регионах, что является причиной многочисленных исследований в области иммунологии, направленных на разработку новых фармацевтических препаратов для легкого лечения или предотвращения этого вида пневмонии. В настоящее время считается , что апиегнин и бета- циклодекстрин облегчают пневмонию, вызванную S.aureus , тогда как антитела против альфа-гемлизина обеспечивают защиту. [17]

Дальнейшие результаты показывают, что основной фактор вирулентности S. aureus , порообразующий токсин α-гемолизин (Hla), является секретируемым фактором, ответственным за активацию альтернативного пути аутофагии . Было продемонстрировано, что этот аутофагический ответ подавляется искусственным повышением внутриклеточных уровней цАМФ . [18] Этот процесс также опосредован обменными факторами RAPGEF3 и RAP2B .

Еще один интересный момент заключается в том, что предварительная обработка лейкоцитов дозами альфа-гемолизина, при которых выживало почти 80% клеток, снижала способность клеток фагоцитировать бактерии и частицы и подвергаться хемотаксису . Преждевременная активация лейкоцитов и ингибирование фагоцитоза и хемотаксиса альфа-гемолизином, если они происходят in vivo , значительно улучшат выживаемость при атаке E. coli . [19]

Некоторые гемолизины, такие как листериолизин О , позволяют бактериям уклоняться от иммунной системы, выходя из фагосом . Гемолизины могут также способствовать выходу бактерий из клеток-хозяев.

Регуляция экспрессии генов

Регуляция экспрессии генов гемолизинов (таких как стрептолизин S) представляет собой систему, репрессируемую в присутствии железа. [20] Это гарантирует, что гемолизин вырабатывается только при необходимости. Регулирование продукции гемолизина у S.aureus (экспрессия гемолизина) теперь возможно благодаря мутациям in vitro , связанным с серин / треониновой киназой и фосфатазой . [21]

Уход

Поскольку гемолизины продуцируются болезнетворными организмами, основным лечением является прием антибиотиков, специфичных к возбудителю, вызвавшему инфекцию. Более того, некоторые гемолизины могут нейтрализоваться действием антигемолизиновых антител , предотвращая более длительный и опасный эффект гемолиза внутри организма.

Когда клетки крови разрушаются слишком быстро, можно дополнительно дать добавки фолиевой кислоты и железа или, в случае чрезвычайной ситуации, переливание крови. В редких случаях селезенку приходится удалять, поскольку она фильтрует кровь и удаляет мертвые или поврежденные клетки из кровотока, усугубляя недостаток эритроцитов. [22]

Приложения

Лекарство

Термостабильный прямой гемолизин (TDH; InterPro :  IPR005015 ), продуцируемый Vibrio parahaemolyticus , в настоящее время изучается в области онкологии . Он регулирует пролиферацию клеток карциномы толстой кишки . ТДГ индуцирует приток Са2+ из внеклеточной среды, сопровождающийся фосфорилированием протеинкиназы С. Активированная протеинкиназа С ингибирует тирозинкиназную активность рецептора эпидермального фактора роста (EGFR), рациональной мишени терапии против колоректального рака. [23]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Стипцевич Т., Пильяк Т., Иссерофф Р.Р. (ноябрь 2005 г.). «Дирамнолипид из Pseudomonas aeruginosa оказывает различное воздействие на культуры кератиноцитов и фибробластов человека». Дж. Дерматол. Наука . 40 (2): 141–3. doi : 10.1016/j.jdermsci.2005.08.005. ПМЦ  1592130 . ПМИД  16199139.
  2. ^ Веспер SJ, Веспер MJ (2004). Возможная роль грибковых гемолизинов в синдроме больного здания. Достижения прикладной микробиологии. Том. 55. стр. 191–213. дои : 10.1016/S0065-2164(04)55007-4. ISBN 9780120026579. ПМИД  15350795. {{cite book}}: |journal=игнорируется ( помощь )
  3. ^ Чалмо Дж., Монина Н., Шин Дж., Вье С., Нуаро В. (январь 2011 г.). «Формирование пор α-гемолизина в поддерживаемом фосфолипидном бислое с использованием бесклеточной экспрессии». Биохим. Биофиз. Акта . 1808 (1): 271–8. дои : 10.1016/j.bbamem.2010.07.027 . ПМИД  20692229.
  4. ^ Бхакди С., Макман Н., Менестрина Г., Грей Л., Хьюго Ф., Сигер В., Холланд I.Б. (июнь 1988 г.). «Гемолизин кишечной палочки». Евро. Дж. Эпидемиол . 4 (2): 135–43. дои : 10.1007/BF00144740. PMID  3042445. S2CID  8237698.
  5. ^ Томпсон-младший, Кронин Б., Бэйли Х., Уоллес М.И. (декабрь 2011 г.). «Быстрая сборка поры мультимерного мембранного белка». Биофиз. Дж . 101 (11): 2679–83. Бибкод : 2011BpJ...101.2679T. дои : 10.1016/j.bpj.2011.09.054. ПМК 3297801 . ПМИД  22261056. 
  6. ^ Красильников О.В.; Терновский, В.И.; Ташмухамедов, Б.А. Свойства каналов проводимости, индуцированных альфа-стафилотоксином в фосфолипидных бислойных мембранах. //Биофизика (Москва), — 1981.—В. 26, — Н.2, —П. 271—276.
  7. ^ Макгилливрей DJ, Генрих Ф, Валинций Г, Игнатьев И, Вандера DJ, Лёше М, Касьянович Дж.Дж. «Мембранная ассоциация α-гемолизина: белки, функционально восстановленные в tBLM». Университет Карнеги Меллон.
  8. ^ Махешваран СК, Линдорфер РК (ноябрь 1967 г.). «Стафилококковый бета-гемолизин. II. Активность фосфолипазы С очищенного бета-гемолизина». Дж. Бактериол . 94 (5): 1313–9. дои : 10.1128/JB.94.5.1313-1319.1967. ПМК 276826 . ПМИД  4964474. 
  9. ^ Далла Серра М., Корайола М., Вьеро Г., Комаи М., Потрич С., Феррерас М., Баба-Мусса Л., Колин Д.А., Менестрина Г., Бхакди С., Превост Г. (2005). «Двухкомпонентные гамма-гемолизины Staphylococcus aureus, HlgA, HlgB и HlgC, могут образовывать смешанные поры, содержащие все компоненты». Модель J Chem Inf . 45 (6): 1539–45. дои : 10.1021/ci050175y. ПМИД  16309251.
  10. ^ Сонг Л., Хобо М.Р., Шустак С., Чели С., Бэйли Х., Гуо Дж.Э. (декабрь 1996 г.). «Структура стафилококкового альфа-гемолизина, гептамерной трансмембранной поры». Наука . 274 (5294): 1859–66. Бибкод : 1996Sci...274.1859S. дои : 10.1126/science.274.5294.1859. PMID  8943190. S2CID  45663016.
  11. ^ PDB : 3о44 ; Де С., Олсон Р. (май 2011 г.). «Кристаллическая структура гептамера цитолизина Vibrio cholerae обнаруживает общие черты среди разрозненных порообразующих токсинов». Учеб. Натл. акад. наук. США . 108 (18): 7385–90. Бибкод : 2011PNAS..108.7385D. дои : 10.1073/pnas.1017442108 . ПМК 3088620 . ПМИД  21502531. 
  12. ^ PDB : 3b07 ; Ямашита К., Каваи Ю., Танака Ю., Хирано Н., Канеко Дж., Томита Н., Охта М., Камио Ю., Яо М., Танака I (октябрь 2011 г.). «Кристаллическая структура октамерной поры стафилококкового γ-гемолизина раскрывает механизм образования пор β-цилиндра за счет двух компонентов». Учеб. Натл. акад. наук. США . 108 (42): 17314–9. Бибкод : 2011PNAS..10817314Y. дои : 10.1073/pnas.1110402108 . ПМК 3198349 . ПМИД  21969538. 
  13. ^ Гуо Э (1998). «α-Гемолизин из Staphylococcus aureus: архетип β-ствольных, каналообразующих токсинов». Дж. Структ. Биол . 121 (2): 110–22. дои : 10.1006/jsbi.1998.3959 . ПМИД  9615434.
  14. ^ Шритаран М (июль 2006 г.). «Железо и бактериальная вирулентность». Индийский J Med Microbiol . 24 (3): 163–4. дои : 10.1016/S0255-0857(21)02343-4 . ПМИД  16912433.
  15. ^ «Что такое гемолитическая анемия? - NHLBI, NIH» . Национальные институты здравоохранения США. 01.04.2011 . Проверено 24 ноября 2012 г.
  16. ^ Кебайер С., Чемберленд Р.Р., Аллен И.С., Гао X, Бройль П.М., Холл Дж.Д., Джания С., Дорщук С.М., Тилли С.Л., Дункан Дж.А. (март 2012 г.). «А-гемолизин Staphylococcus aureus опосредует вирулентность на мышиной модели тяжелой пневмонии посредством активации воспалительной сомы NLRP3». Дж. Заразить. Дис . 205 (5): 807–17. doi : 10.1093/infdis/jir846. ПМЦ 3274379 . ПМИД  22279123. 
  17. ^ Донг Дж, Цю Дж, Ван Дж, Ли Х, Дай Икс, Чжан Ю, Ван Икс, Тан В, Ню Икс, Дэн Икс, Чжао С (октябрь 2012 г.). «Апигенин облегчает симптомы пневмонии, вызванной золотистым стафилококком, ингибируя выработку альфа-гемолизина». ФЭМС Микробиол. Летт . 338 (2): 124–31. дои : 10.1111/1574-6968.12040 . ПМИД  23113475.
  18. ^ Местре МБ, Коломбо, Мичиган (октябрь 2012 г.). «Золотой стафилококк способствует аутофагии за счет снижения внутриклеточных уровней цАМФ». Аутофагия . 8 (12): 1865–7. дои : 10.4161/auto.22161. ПМЦ 3541307 . ПМИД  23047465. 
  19. ^ Кавальери SJ, Снайдер IS (сентябрь 1982 г.). «Влияние альфа-гемолизина Escherichia coli на функцию периферических лейкоцитов человека in vitro». Заразить. Иммунитет . 37 (3): 966–74. дои : 10.1128/IAI.37.3.966-974.1982. ПМЦ 347633 . ПМИД  6752033. 
  20. ^ Гриффитс BB, Макклейн О (1988). «Роль железа в росте и производстве гемолизина (стрептолизина S) у Streptococcus pyogenes». J. Основные микробиолы . 28 (7): 427–36. дои : 10.1002/jobm.3620280703. PMID  3065477. S2CID  23325588.
  21. ^ Бернсайд К., Лембо А., де Лос Рейес М., Илюк А., Бинхтран Н.Т., Коннелли Дж.Э., Лин В.Дж., Шмидт Б.З., Ричардсон А.Р., Фанг ФК, Тао В.А., Раджагопал Л. (2010). «Регуляция экспрессии гемолизина и вирулентности Staphylococcus aureus с помощью серин/треониновой киназы и фосфатазы». ПЛОС ОДИН . 5 (6): e11071. Бибкод : 2010PLoSO...511071B. дои : 10.1371/journal.pone.0011071 . ПМК 2884019 . ПМИД  20552019. 
  22. ^ Рэгл Б.Е., Бубек Варденбург Дж. (июль 2009 г.). «Моноклональные антитела к альфа-гемолизину опосредуют защиту от пневмонии, вызванной золотистым стафилококком». Заразить. Иммунитет . 77 (7): 2712–8. дои : 10.1128/IAI.00115-09. ПМК 2708543 . ПМИД  19380475. 
  23. ^ Кармакар П., Чакрабарти МК (июль 2012 г.). «Термостабильный прямой гемолизин уменьшает фосфорилирование тирозина рецептора эпидермального фактора роста посредством механизма, зависимого от протеинкиназы C». Биохим. Биофиз. Акта . 1820 (7): 1073–80. дои : 10.1016/j.bbagen.2012.04.011. ПМИД  22543197.

Внешние ссылки