Токсин синдрома токсического шока - Toxic shock syndrome toxin

Токсин синдрома токсического шока (TSST) это суперантиген размером 22 кДа[1] производится от 5 до 25% Золотистый стафилококк изолирует. Это вызывает синдром токсического шока (TSS) за счет стимуляции высвобождения большого количества интерлейкин-1, интерлейкин-2 и фактор некроза опухоли. Как правило, токсин не вырабатывается бактериями, растущими в крови; скорее, он вырабатывается на локальном участке инфекции, а затем попадает в кровоток.

Характеристики

Токсин 1 синдрома токсического шока (ТССТ-1), прототип суперантиген секретный Золотистый стафилококк штамм бактерий у восприимчивых хозяев действует на сосудистую систему, вызывая воспаление, лихорадку и шок.[2] Этот штамм бактерий, продуцирующих TSST-1, можно найти в любой части тела, но в основном он обитает во влагалище инфицированных женщин. ЦСТ-1 - бактериальный экзотоксин обнаруживается у пациентов, у которых развился синдром токсического шока (СТШ), который может быть обнаружен у менструирующих женщин или любого мужчины или ребенка в этом отношении.[3] Одна треть всех случаев СТШ была обнаружена у мужчин.[4] Эта статистика может быть связана с хирургическими ранами или любой кожной раной.[4] TSST-1 является причиной 50% неменструальных и 100% всех случаев менструального TSS.[5]

Структура

В нуклеотидной последовательности TSST-1 имеется открытая рамка считывания из 708 пар оснований и Последовательность Шайна-Далгарно который находится на семь пар оснований ниже стартового сайта.[6] Во всей нуклеотидной последовательности только 40 аминокислот составляют сигнальный пептид. Одиночный сигнальный пептид состоит из 1-3 основных аминокислотных концов, гидрофобной области из 15 остатков, пролина (Pro) или глицина (Gly) в области гидрофобного ядра, аминокислоты серина (Ser) или треонина (Thr) рядом с карбоксильным концом гидрофобного ядра и аланином (Ala) или глицином (Gly) в сайте расщепления.[6] Зрелый белок TSST-1 имеет кодирующую последовательность из 585 пар оснований.[6] Полную нуклеотидную последовательность определяли Blomster-Hautamaazg и др., А также другие исследователи с другими экспериментами.[6] Структура голотоксина TSST-1, состоящего из одной полипептидной цепи, является трехмерной и состоит из альфа (α) и бета (β) доменов.[1] Эта трехмерная структура белка TSST-1 была определена путем очистки кристаллов белка.[1] Эти два домена соседствуют друг с другом и обладают уникальными качествами. Домен A, более крупный из двух доменов, содержит остатки 1-17 и 90-194 в TSST-1 и состоит из длинной альфа (α) спирали с остатками 125-140, окруженных 5-нитевым бета (β) листом.[1][5] Домен B уникален, потому что он содержит остатки 18-89 в TSST-1 и состоит из (β) бочки, состоящей из 5 β-цепей.[1] Кристаллография методы показывают, что внутренний β-бочонок домена B содержит несколько гидрофобных аминокислот и гидрофильных остатков на поверхности домена, что позволяет TSST-1 проникать через слизистые поверхности эпителиальных клеток.[1] Несмотря на то, что TSST-1 состоит из нескольких гидрофобных аминокислот, этот белок хорошо растворим в воде.[5] ЦСТ-1 устойчив к нагреванию и протеолизу. Было показано, что TSST-1 можно кипятить более часа без какого-либо присутствия денатурации или прямого влияния на его функцию.[5]

Производство

TSST-1 - это белок, кодируемый tstH ген, который является частью мобильный генетический элемент остров стафилококковой патогенности 1.[1] Токсин вырабатывается в наибольших объемах во время постэкспоненциальной фазы роста, которая аналогична суперантигенам пирогенного токсина, также известным как PTSAgs.[1] Кислород требуется для производства ТССТ-1,[7] в дополнение к наличию животного белка, низкому уровню глюкозы и температуре от 37 до 40 ° C (98,6-104 ° F).[1] Производство оптимально при pH, близком к нейтральному, и когда магний уровни низкие,[8] и дополнительно усиливается высокими концентрациями S. aureus, что указывает на его важность в установлении инфекции.[1]

TSST-1 отличается от других PTSAg тем, что его генетическая последовательность не имеет гомолога с другими суперантигенными последовательностями.[1] ЦСТ-1 не имеет цистеин цикл, который является важной структурой в других PTSAgs,[9] и на самом деле в нем вообще нет остатков цистеина.[1]TSST-1 также отличается от других PTSAgs своей способностью пересекать слизистые оболочки, поэтому это важный фактор в менструальном СТШ. [1]Когда белок транслируется, он находится в про-протеиновой форме и может покинуть клетку только после того, как сигнальная последовательность будет отщеплена.[1] В объяснять локус является одним из ключевых участков позитивной регуляции многих S. aureus гены, в том числе TSST-1.[9] Кроме того, изменения в экспрессии генов ssrB и srrAB влиять на транскрипция ТССТ-1.[7] Кроме того, высокие уровни глюкозы ингибируют транскрипцию, поскольку глюкоза действует как катаболический репрессор.[1]

Мутации

На основании исследований различных мутаций белка оказалось, что суперантигенная и летальная части белка разделены.[1] В частности, один вариант, TSST-овец или TSST-O, был важен для определения областей биологической важности в TSST-1.[10] TSST-O не вызывает TSS и не являетсямитогенный, а последовательность отличается от ТССТ-1 на 14 нуклеотиды, что соответствует 9 аминокислотам.[10] Два из них отщепляются как часть сигнальной последовательности и поэтому не важны для наблюдаемой разницы в функции.[10] Из исследований, наблюдающих за различиями в этих двух белках, было обнаружено, что 135-й остаток имеет решающее значение как для летальности, так и для митогенности, в то время как мутации в остатках 132 и 136 заставляли белок терять свою способность вызывать TSS, однако признаки суперантигенности все еще наблюдались. .[11] Если лизин при остатке 132 в TSST-O заменяется на глутамат, мутант восстанавливает небольшую суперантигенность, но становится летальным, это означает, что способность вызывать TSS является результатом глутамата по остатку 132.[10][11] Потеря активности в результате этих мутаций не связана с изменениями конформации белка, но вместо этого эти остатки, по-видимому, имеют решающее значение во взаимодействиях с Рецепторы Т-клеток.[11]

Изоляция

Образцы TSST-1 могут быть очищены от бактериальных культур для использования в in vitro среды тестирования, однако это не идеально из-за большого количества факторов, которые способствуют патогенезу в in vivo среда.[8] Дополнительно культивирование бактерий in vitro обеспечивает среду, богатую питательными веществами, в отличие от реальности in vivo окружающая среда, в которой питательных веществ, как правило, меньше.[8] ЦСТ-1 можно очистить препаративными изоэлектрическая фокусировка для использования in vitro или для животных моделей с использованием мини-осмотического насоса.[12]

Механизм

Суперантиген, такой как TSST-1, стимулирует Т-клетки человека, которые экспрессируют VB 2, который может составлять 5-30% всех Т-клеток хозяина. PTSAgs индуцируют VB-специфическую экспансию как CD4, так и CD8-субнаборов Т-лимфоцитов. TSST-1 образует гомодимеры в большинстве своих известных кристаллических форм.[1] SAG демонстрируют удивительно консервативную архитектуру и делятся на N- и C-концевые домены. Мутационный анализ сопоставил предполагаемую область связывания TCR TSST-1 с сайтом, расположенным на бороздке на задней стороне. Если TCR занимает этот сайт, аминоконцевая альфа-спираль образует большой клин между молекулами TCR и MHC класса II. Клин физически отделит TCR от молекул MHC класса II. Новый домен может существовать в SAG, который является отдельным от TCR и MHC-связывающих доменов класса II. Этот домен состоит из остатков от 150 до 161 в SEB, и аналогичные области существуют и во всех других SAG. В этом исследовании синтетический пептид, содержащий эту последовательность, был способен предотвратить вызванную SAG летальность у D-галактозамин-сенсибилизированных мышей стафилкокковым TSST-1, а также некоторыми другими SAG.[1][13] Существенные различия существуют в последовательностях аллелей MHC класса II и элементов TCR Vbeta, экспрессируемых разными видами, и эти различия оказывают важное влияние на взаимодействие PTSAgs и с молекулами MCH класса II и TCR.

Сайт привязки

TSST-1 связывается в первую очередь с альфа-цепью MHC класса II исключительно через низкоаффинный (или общий) сайт связывания на N-концевом домене SAG. Это противоположно другим суперантигенам (SAG), таким как DEA и SEE, которые связываются с MHC класса II через сайт низкой аффинности и с бета-цепью через сайт высокой аффинности. Этот высокоаффинный сайт является цинк-зависимым сайтом в C-концевом домене SAG. Когда этот сайт связан, он простирается по части связывающей бороздки, контактирует со связанным пептидом и затем связывает области как альфа-, так и бета-цепей.[13] Связывание МНС с помощью TSST-1 частично зависит от пептида. Исследования мутагенеза с SEA показали, что оба сайта связывания необходимы для оптимальной активации Т-клеток. Эти исследования, содержащие TSST-1, указывают на то, что связывающий домен TCR находится в верхней части тыльной стороны этого токсина, хотя полное взаимодействие еще предстоит определить. Также были указания на то, что сайт связывания TCR TSST-1 картируется в большой бороздке центральной альфа-спирали или короткой аминоконцевой альфа-спирали. Известно, что остатки в мотиве бета-клешни TSST-1 взаимодействуют в первую очередь с инвариантной областью альфа-цепи этой молекулы MHC класса II.[1] Остатки, образующие минорные контакты с TSST-1, также были идентифицированы в β-цепи HLA-DR1, а также в антигенном пептиде, расположенном в межцепочечной бороздке. Расположение TSST-1 по отношению к молекуле MHC класса II накладывает стерические ограничения на трехкомпонентный комплекс, состоящий из TSST-1, MHC класса II и TCR.[1]

Мутационный анализ

Первоначальные исследования мутантов показали, что остатки на обратной стороне центральной альфа-спирали необходимы для суперантигенной активности. Замена гистидина в положении 135 на аланин привела к тому, что TSST-1 не оказался ни летальным, ни суперантигенным. Изменения остатков, которые находились в непосредственной близости от H135A, также приводили к снижению летальности и суперантигенности этих мутантов. Хотя большинство этих мутантов не привело к потере антигенности TSST-1. Тесты, проведенные с использованием мутагенных токсинов TSST-1, показали, что смертельные и суперантигенные свойства разделимы. Когда Lys-132 в TSST-O был заменен на Glu, полученный мутант стал полностью летальным, но не суперантигенным. Такие же результаты, летальные, но не суперантигенные, были получены для TSST-1 Gly16Val. Остатки Gly16, Glu132 и Gln 136, расположенные на обратной стороне бороздки предполагаемой области связывания TCR TSST-1, было предложено, чтобы они также были частью второго функционально летального сайта в TSST-1. 1.[1]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п q р s т ты Дингес, М. М., П. М. Орвин и др. (2000). «Экзотоксины золотистого стафилококка». Обзоры клинической микробиологии 13 (1): 16-34.
  2. ^ Тодар, Кеннет. (2012). «Бактериальные белковые токсины». Интернет-учебник по бактериологии Тодара. Мэдисон, Висконсин.
  3. ^ Эдвин, Читра, Парсоннет, Джеффри, Касс, Эдвард Х. (декабрь 1988 г.). «Взаимосвязь структуры и активности токсина-1 токсического шока-синдрома: получение и характеристика иммунологически и биологически активных фрагментов». Журнал инфекционных болезней 158 (6): 1287.
  4. ^ а б Бушра, Джозеф С. «Причины синдрома токсического шока». eMedicineHealth.com. WebMD, Inc. Проверено 28 марта 2012 г.
  5. ^ а б c d Маккормик, Джон К., Трипп, Тимоти Дж. И др. (Август 2003 г.). «Функциональный анализ TCR-связывающего домена токсина-1 синдрома токсического шока предсказывает дальнейшее разнообразие в тройных комплексах MHC Class II / Superantigen / TCR». Журнал иммунологии 171: 185-1392.
  6. ^ а б c d Бломстер-Хаутамаа, Дебра А., Крейсвирт, Барри Н. ,. и другие. (1986). «Нуклеотидная и частичная аминокислотная последовательность токсина-1 синдрома токсического шока *». Журнал биологической химии 261 (33): 15783-15786.a
  7. ^ а б Ярвуд, Дж. М., Дж. К. Маккормик и др. (2001). «Идентификация новой двухкомпонентной регуляторной системы, которая действует в глобальном регулировании факторов вирулентности Staphylococcus aureus». Журнал бактериологии 183(4): 1113-1123.
  8. ^ а б c Каннингем Р., А. Кокейн и др. (1996). «Клинические и молекулярные аспекты патогенеза Staphylococcus aureus костей и суставов». Журнал медицинской микробиологии 44 (3): 157-164.
  9. ^ а б Иандоло, Дж. Дж. (1989). «Генетический анализ внеклеточных токсинов Staphylococcus Aureus». Ежегодный обзор микробиологии 43(1): 375-402.
  10. ^ а б c d Мюррей, Д., Г. Прасад и др. (1994). «Иммунобиологические и биохимические свойства мутантов токсина-1 синдрома токсического шока». Журнал иммунологии 152(1): 87-95.
  11. ^ а б c Мюррей, Д. Л., К. А. Эрхарт и др. (1996). «Локализация биологически важных участков на токсине 1 синдрома токсического шока». Инфекция и иммунитет 64(1): 371-374.
  12. ^ Де Бур, М. Л., В. В. Кум и др. (1999) «Взаимодействие токсина-1 стафилококкового синдрома токсического шока и энтеротоксина А на пролиферацию Т-клеток и секрецию TNFα в мононуклеарных клетках крови человека». Канадский журнал инфекционных заболеваний и медицинской микробиологии 10, 403-409.
  13. ^ а б Джон Маккормик, Джереми М. Ярвуд и Патрик М. Шливерт. (2001). «Синдром токсического шока и бактериальные суперантигены: новая информация». Ежегодный обзор микробиологии 55: 77-104.