Sitoletal şişen toksin - Cytolethal distending toxin

Sitoletal şişen toksin
PDB proteini 1sr4 (HdCDT).jpg
Tamamen birleştirilmiş Haemophilus ducreyi sitoletal genişleyen toksinin kristal yapısı
tanımlayıcılar
Sembol CDT
Pfam PF03498
Pfam klanı CL0066
InterPro IPR003558

Cytolethal germek toksinler (kısaltılmış ROC ) sınıfıdır hetero trimerik toksinler belirli üretilen gram-negatif bakteriler ekran bu DNaz aktivitesi. Bu toksinler , spesifik memeli hücre dizilerinde G2/M hücre döngüsü durmasını tetikleyerek , bu toksinlerin isimlendirildiği genişlemiş veya şişmiş hücrelere yol açar. Etkilenen hücreler apoptoz ile ölür .

Her toksin, kodlama genlerinin cdt operonunda göründüğü sıraya göre alfabetik olarak adlandırılan üç ayrı alt birimden oluşur . Sitoletal genişleyen toksinler , doğrudan DNA'ya zarar veren bir aktif ("A") alt birimi ve toksinin hedef hücrelere bağlanmasına yardımcı olan bir bağlayıcı ("B") alt birimi ile AB toksinleri olarak sınıflandırılır . CdtB aktif alt birimdir ve memeli DNase I'in bir homologudur , oysa CdtA ve CdtC bağlanma alt birimini oluşturur.

Sitoletal şişen toksinler , filum Proteobacteria'dan gram negatif patojenik bakteriler tarafından üretilir . Shigella dysenteriae , Haemophilus ducreyi ve Escherichia coli dahil olmak üzere bu bakterilerin çoğu insanları enfekte eder. CDT üreten bakteriler genellikle konakçılarını ısrarla kolonize eder.

Tarih

Sitoletal şişen bir toksinin ilk kaydedilen gözlemi 1987'de genç bir hastadan izole edilen E. coli'deki patojenik bir suştaydı . O yılın ilerleyen saatlerinde bilim adamları WM Johnson ve H. Lior , Microbiology Letters'da " Shigella spp serogrupları tarafından Shiga toksini ve sitoletal şişen toksin (CLDT) üretimi" adlı dergi makalesini yayınladılar . CDT toksinleri üreten diğer bakterilerin keşfi bu güne kadar devam ediyor.

1994 yılında iki bilim adamı, Scott ve Kaper, başka bir E. coli türünden bir cdt operonunu başarılı bir şekilde klonladılar ve dizilediler ve başarılarını Infection and Immunity'de yayınladılar . Keşfedilen üç gen belirtilmiştir edildi CDTA , cdtB ve cdtC .

1997'de, sitoletal genişleyen bir toksinin neden olduğu G2/M hücre döngüsü durmasını gösteren ilk makale Molecular Microbiology'de yayınlandı . Çalışma başka bir E. coli suşuna odaklandı . Bu makaleyi, H. ducreyi CDT'nin apoptoz yoluyla hücre ölümüne neden olduğunu gösteren Enfeksiyöz Bağışıklık'ta 1999 yılında yayınlanan bir yayın izledi . Bu bulgu, sonraki çalışmalarda diğer sitoletal şişen toksinler için de doğrulandı.

Keşfi homoloji arasında cdtB memeli için DNase I ve toksini için mevcut AB modeli Erken 2000 fazla araştırma yayınlanmıştır ve iki farklı türlerden CDT toksinler için kristal yapılarının yayın bu model desteklemeye devam eder.

Kaynaklar

Bilinen tüm sitoletal genişleyen toksinler , Proteobacteria filumunun gama ve epsilon sınıflarındaki gram-negatif bakteriler tarafından üretilir . Bazı durumlarda, CDT üreten bakteriler insan patojenleridir . Tıbbi açıdan önemli CDT üreticileri şunları içerir:

CDT üreten bakteriler genellikle mide ve bağırsaklardaki gibi mukozal astarlarla ve kalıcı enfeksiyonlarla ilişkilidir. Toksinler ya serbestçe salgılanır ya da üreten bakterilerin zarı ile ilişkilidir.

isimlendirme

Bireysel sitoletal şişen toksinler, izole edildikleri bakteri türleri için adlandırılır. 2011 itibariyle, çoğu bilim insanı kaynağını yansıtmak için hem cinsin hem de türün ilk harfini toksin adının önüne yerleştirme uygulamasını benimsemiştir (yani, Haemaphilus ducreyi'den alınan CDT, HdCDT olarak anılır). E. coli örneğinde olduğu gibi, birkaç alt tür farklı toksinler üretiyorsa , ikinci harften sonra Romen rakamları eklenebilir. Hem tam toksinler hem de bireysel alt birimler bu kural kullanılarak etiketlenir.

Ek sitoletal şişen toksinlerin sürekli keşfine yanıt olarak, 2011 tarihli bir inceleme, toksin adlarının türün ilk üç harfini içerecek şekilde genişletilmesini önermiştir (yani, Haemaphilus ducreyi CDT için HducCDT ).

Hücresel etkiler

CDT toksinleri, hedef hücrelerde DNA'ya doğrudan zarar verebilen genotoksinlerdir . Bunlar, DNaz aktivitesi sergileyen ve hedef hücrenin DNA'sında kırılmalara izin veren keşfedilen tek AB tipi toksinlerdir .

İnsan fibroblastları , epitel hücreleri , endotel hücreleri ve keratinositler dahil olmak üzere birçok hücre hattında , CDT'ler G2/M hücre döngüsü durmasına, sitoplazmik distansiyona ve apoptoz yoluyla nihai hücre ölümüne neden olur . Çoğu yayın, G2/M döngüsü durdurmasını, G2/M hücre döngüsü durdurmasının tetikleyicisi olarak toksinin DNaz aktivitesinden kaynaklanan geri döndürülemez DNA hasarının oluşmasına bağlar, ancak diğer araştırmalar bu modelin eksik olduğunu öne sürer. Sitoplazmik distansiyon, G2/M hücre döngüsü durmasının doğrudan bir sonucudur. Hücre mitoza hazırlanırken büyür , ancak normal boyutunu geri yüklemek için bölünemez. Klasik apoptozun yanı sıra, CDT intoksikasyonundan sonra normal ve kanser hücre hatlarında (fibroblastlar, HeLa ve U2-OS) hücresel yaşlanma belirtileri de gözlenmiştir.

Gelen lenfositler , hücre ölümü çabuk gerçekleşir ve önemli sitoplazmik şişkinlik öncesinde edilmez. Bu toksinlerin lenfositleri farklı şekilde etkileme yeteneği, bu toksinleri kullanan bakteriler için avantajlı olabilir, ancak bu fenomenin arkasındaki mekanizma henüz tam olarak anlaşılmamıştır.

toksin yapısı

Aktif, birleştirilmiş toksin, CdtA, CdtB ve CdtC olmak üzere üç ayrı alt birimi olan üçlü bir yapıdır. İşlev açısından bir AB toksinidir . Bu bağlamda, CdtB alt birimi aslında katalitik olarak aktif "A" alt birimidir ve CdtA ve CdtC birlikte, toksinin bağlanmasına ve hedef hücrelere girmesine yardımcı olan bağlayıcı "B" alt birimini oluşturur. Bazı literatür , hem CdtA hem de CdtC'nin varlığını yansıtmak için toksin yapısına AB 2 olarak atıfta bulunur.

Diğer tüm CDT'lerden farklı olarak Salmonella enterica serovar Typhi CDT'nin (SeCDT) CdtA ve CdtC homologları yoktur. Bununla birlikte, aktif alt birim cdtb'ye yakından kodlanmış olan Boğmaca benzeri toksin A ve B'nin (pltA/pltB) hücresel zehirlenme için gerekli olduğu gösterilmiştir. PltA ve PltB, CdtA ve CdtC'den farklı bir yapıya sahiptir, dolayısıyla CdtB aktivitesini farklı bir şekilde teşvik eder. Hem PltA hem de PltB'nin in vitro olarak doğrudan CdtB'ye bağlandığı bulunmuştur . Ek olarak, diğer tüm CDT'lerden farklı olarak, Salmonella genotoksin, yalnızca enfekte hücrelerde bakteriyel içselleştirme üzerine üretilir, bu nedenle SeCDT trafiği, kanonik olanlardan önemli ölçüde farklı olabilir.

CdtB

CdtB, CDT holotoksininin aktif alt birimi olarak kabul edilir. CdtA veya CdtC olmadan duyarlı hücrelere CdtB'nin mikroenjeksiyonu, G2/M hücre döngüsü durması ve CDT toksinlerinin karakteristik sitoplazmik distansiyonu ile sonuçlanır. CdtB'nin yapısı, farklı bakteriler arasında iyi korunmuştur. CdtB alt birimi, türler arasında en sıralı olarak korunan alt birimdir. CdtB'nin moleküler ağırlığı, türe bağlı olarak 28 kDa ile 29 kDa arasında değişmektedir.

Aktif alt birim olarak CdtB, AB toksin modeline göre "A" alt birimi olarak adlandırılır . Bu kafa karıştırıcı isimlendirme, toksinin alt birimlerinin bireysel işlevleri anlaşılmadan önce isimlendirilmesinden kaynaklanmaktadır.

Aktivite

CdtB, en az iki enzimatik aktivite sergiler : DNA'da çift sarmal kopmalarına neden olabilen DNaz aktivitesi ve fosfatidilinositol 3,4,5-trifosfataza benzeyen bir fosfataz aktivitesi. Her iki aktivite de diğer iki alt birimin yokluğunda in vitro olarak gösterilebilir . Her aktivitenin in vivo göreli önemi belirsizdir. Her iki aktiviteyi de azaltan mutasyonlar, toksinin duyarlı hücre hatlarının en azından bazılarında G2/M fazı durmasını indükleme yeteneğini de azaltır .

Memeli DNaz I ile benzerlikler

CdtB, memeli DNase I'e işlevsel olarak homologdur ve bugüne kadar tüm DNase I enzimlerinde bulunan korunmuş bir penta peptit dizisini içerir . Ek olarak, DNase I'in DNA omurgasındaki fosfodiester bağlarını kırma yeteneği için kritik olan birkaç kalıntı CdtB yapısında bulunur. Nokta mutasyonlarının bu kalıntıların beşi üzerindeki etkisini inceleyen 2002 tarihli bir makale, test edilen beş mutasyondan dördünün, hem CdtB'nin hücre içermeyen ekstraktlarda DNA'yı parçalama yeteneğini hem de mikroenjeksiyon üzerine G2/M tutuklamasına neden olduğunu buldu. Beşinci mutasyon, CdtB'nin aktivitesini orta derecede azalttı.

CdtA ve CdtC

CdtA ve CdtC, CdtB'nin duyarlı hücrelere karşı hedeflenmesinden sorumlu olan CDT holotoksininin B alt birimini oluşturur. Her iki alt birim de yüksek oranda korunmuş görünmüyor ve farklı türler arasındaki dizi kimlikleri genellikle %30'dan düşük. CdtA'nın moleküler ağırlığı 23 kDa ila 30 kDa arasında değişirken, CdtC, türe bağlı olarak 19 kDa ila 21 kDa arasında değişir.

Aktivite

CdtA ve CdtC'nin her ikisinin de hedef hücrelerin yüzeyine bağlandığına inanılmaktadır. Bu bağlanmanın kesin mekanizması belirsizdir ve farklı türlerden CDT toksinleri arasında korunmayabilir. CdtA ve CdtC bağlanmasının önerilen hedefleri arasında kolesterol, N-bağlı glikanlar ve glikosfingolipidler bulunmaktadır. Mevcut araştırmalar, önerilen bu hedeflerin gerçek önemi konusunda çelişkili sonuçlar üretmiştir. Hem CdtA hem de CdtC lektin alanları içerir, bu da toksinin hedef hücrenin yüzeyindeki karbonhidratlar yoluyla bağlanabileceğini gösterirken, diğer araştırmalar hedeflerin yüzey proteinleri olduğunu öne sürmüştür.

Notlar