Шига токсин - Shiga toxin

Ленточная диаграмма токсина шига (Stx) из С. dysenteriae. Из PDB: 1R4Q​.
Бета-субъединица шига-подобного токсина
Идентификаторы
СимволSLT_beta
PfamPF02258
ИнтерПроIPR003189
SCOP22bos / Объем / СУПФАМ
TCDB1.C.54
Шига-подобный токсин субъединица А
Идентификаторы
СимволShiga-like_toxin_subunit_A
ИнтерПроIPR016331
SCOP21r4q / Объем / СУПФАМ

Шига токсины семья родственных токсины с двумя основными группами, Stx1 и Stx2, экспрессируемыми генами, которые считаются частью геном ламбдоида профаги.[1] Токсины названы в честь Киёси Сига, которые впервые описали бактериальное происхождение дизентерия вызванный Шигелла дизентерия.[2] Шига-подобный токсин (SLT) - это исторический термин для обозначения подобных или идентичных токсинов, производимых кишечная палочка.[3] Наиболее распространенными источниками токсина шига являются бактерии. С. dysenteriae и некоторые серотипы из кишечная палочка (СТЭК), в которую входят серотипы O157: H7, и O104: H4.[4][5]

Номенклатура

Микробиологи Используйте множество терминов для описания токсина шига и различения более чем одной уникальной формы. Многие из этих терминов используются взаимозаменяемо.

  1. Токсины шига 1 и 2 типа (Stx-1 и 2) - это токсины шига, вырабатываемые некоторыми Кишечная палочка штаммы. Stx-1 идентичен Stx из Shigella spp. или отличается только одной аминокислотой.[6] Акции Stx-2 56% идентичность последовательности с Stx-1.
  2. Цитотоксины - архаичное обозначение Stx - используется в широком смысл.
  3. Вероцитотоксины / веротоксины - редко используемый термин для Stx - возникают из-за гиперчувствительности Клетки Vero в Stx.[7][8][9]
  4. Термин «шига-подобные токсины» - это еще один устаревший термин, возникший до понимания того, что шига и шига-подобные токсины идентичны.[10]

История

Токсин назван в честь Киёси Сига, кто открыл С. dysenteriae в 1897 г.[2] В 1977 г. исследователи Оттава, Онтарио обнаружил токсин шига, обычно производимый Шигелла дизентерия в ряду Кишечная палочка.[11] В Кишечная палочка версия токсина получила название «веротоксин» из-за его способности убивать Vero клетки (Африканская зеленая обезьяна почка клеток) в культуре. Вскоре после этого веротоксин был назван шига-подобным токсином из-за его сходства с токсином шига.

Некоторые исследователи предположили, что ген, кодирующий шига-подобный токсин, происходит от преобразующего токсин лямбдоида. бактериофаг, например H-19B или 933W, вставленные в бактерии хромосома через трансдукция.[12] Филогенетический исследования разнообразие Кишечная палочка предполагают, что токсин шига мог быть относительно легко преобразован в определенные штаммы Кишечная палочка, потому что Шигелла сам по себе подрод из Эшерихия; на самом деле, некоторые штаммы традиционно считались Кишечная палочка (включая те, которые производят этот токсин) на самом деле принадлежат к этой линии. Быть близкими родственниками Шигелла дизентерия чем из типичный Кишечная палочка, нет ничего необычного в том, что токсины, аналогичные токсинам С. dysenteriae производятся этими штаммами. По мере развития микробиологии исторические вариации в номенклатуре (которые возникли из-за постепенного развития науки во многих местах) все больше уступают место признанию всех этих молекул «версиями одного и того же токсина», а не «разными токсинами».[13]:2–3

Передача инфекции

Токсин требует очень специфического рецепторы на поверхности ячеек, чтобы прикрепить и войти в ячейка; виды такие как крупный рогатый скот, свинья, и олень которые не несут эти рецепторы, могут содержать токсигенные бактерии без какого-либо вредного воздействия, распространяя их в своих кал, откуда они могут передаваться людям.[14]

Клиническое значение

Симптомы проглатывания токсина шига включают боль в животе, а также водянистую диарею. Для тяжелых опасных для жизни случаев характерны: геморрагический колит (HC).[15]

Токсин связан с гемолитико-уремический синдром. В отличие, Шигелла виды могут также производить энтеротоксины шигелл, которые являются причиной дизентерия.

Токсин эффективен против мелких кровеносных сосудов, таких как пищеварительный тракт, то почка, и легкие, но не против крупных судов, таких как артерии или крупный вены. Специфической мишенью для токсина, по-видимому, является эндотелий сосудов клубочки. Это фильтрующая структура, которая является ключом к функции почек. Разрушение этих структур приводит к почечной недостаточности и развитию часто смертельного и зачастую изнурительного гемолитико-уремического синдрома. Пищевое отравление с токсином шига часто также влияет на легкие и нервная система.

Устройство и механизм

SLT2 из кишечная палочка O157: H7. Субъединица A показана красным (вверху), а субъединицы B, образующие пентамер, в разных оттенках синего (внизу). Из PDB: 1R4P​.

Механизм

Субъединицы B токсина связываются с компонентом клеточная мембрана известный как гликолипид глоботриаозилцерамид (Gb3). Связывание субъединицы B с Gb3 вызывает индукцию инвагинаций узких трубчатых мембран, что вызывает образование внутренних мембранных канальцев для поглощения бактериями клеткой. Эти канальцы необходимы для поглощения клеткой-хозяином.[16]Токсин шига (токсин, не образующий поры) переносится в цитозоль через сеть Гольджи и ER. Токсин Гольджи переходит в ER. Токсины Shiga действуют, чтобы ингибировать синтез белка в клетках-мишенях по механизму, аналогичному известному токсину растений рицин.[17][18] После входа в ячейку через макропиносома,[19] полезная нагрузка (субъединица A) расщепляет определенный аденин азотистое основание с 28S РНК субъединицы 60S рибосомы, тем самым останавливая синтез белка.[20] Поскольку они в основном действуют на подкладку кровеносный сосуд, эндотелий сосудов, в конечном итоге происходит разрушение слизистой оболочки и кровотечение.[требуется разъяснение ] Первой реакцией обычно является кровавый понос. Это связано с тем, что токсин шига обычно попадает с зараженными еда или воды.

Бактериальный токсин Шига может использоваться для таргетной терапии рака желудка, потому что это опухолевое образование экспрессирует рецептор токсина Шига. С этой целью неспецифическое химиотерапевтическое средство конъюгируется с B-субъединицей, чтобы сделать ее специфичной. Таким образом, во время терапии разрушаются только опухолевые клетки, но не здоровые.[21]

Структура

Токсин имеет две субъединицы, обозначенные A (мол. Вес. 32000 D) и B (мол. Вес. 7700 D), и является одной из AB5 токсины. Субъединица B представляет собой пентамер связывается с конкретными гликолипиды на клетке-хозяине, в частности глоботриаозилцерамид (Gb3).[22][23] После этого субъединица А интернализуется и расщепляется на две части. Затем компонент A1 связывается с рибосомой, нарушая синтез белка. Было обнаружено, что Stx-2 примерно в 400 раз более токсичен (по количественной оценке LD50 у мышей), чем Stx-1.

По неизвестным причинам Gb3 в больших количествах присутствует в почечных эпителиальных тканях, что может быть связано с почечной токсичностью токсина шига. Gb3 также обнаружен в нейронах центральной нервной системы и эндотелии, что может привести к нейротоксичности.[24]Также известно, что Stx-2 увеличивает экспрессию своего рецептора GB3 и вызывает дисфункцию нейронов.[25]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Фридман Д; Суд D (2001). «Бактериофаг лямбда: жив-здоров и продолжает делать свое дело». Текущее мнение в микробиологии. 4 (2): 201–7. Дои:10.1016 / S1369-5274 (00) 00189-2. PMID  11282477.
  2. ^ а б Трофа, Эндрю Ф .; Уэно-Ольсен, Ханна; Оива, Руико; Ёсикава, Масаносукэ (1999-11-01). "Доктор Киёси Сига: первооткрыватель бациллы дизентерии". Клинические инфекционные болезни. 29 (5): 1303–1306. Дои:10.1086/313437. ISSN  1058-4838. PMID  10524979.
  3. ^ Zhu Q; Li L; Guo Z; Ян Р (июнь 2002 г.). «Идентификация шига-подобного токсина Escherichia coli, выделенного у детей с диареей с помощью полимеразной цепной реакции». Подбородок. Med. J. 115 (6): 815–8. PMID  12123543.
  4. ^ Беутин Л (2006). «Возникающая энтерогеморрагическая кишечная палочка, причины и следствия появления патогена человека». Журнал ветеринарной медицины. B, Инфекционные болезни и ветеринарное здравоохранение. 53 (7): 299–305. Дои:10.1111 / j.1439-0450.2006.00968.x. PMID  16930272.
  5. ^ Спирс; и другие. (2006). «Сравнение патогенеза энтеропатогенной и энтерогеморрагической кишечной палочки». Письма о микробиологии FEMS. 255 (2): 187–202. Дои:10.1111 / j.1574-6968.2006.00119.x. PMID  16448495.
  6. ^ Капер Дж. Б., О'Брайен А. Д. (2014). Обзор и исторические перспективы. Микробиологический спектр. 2. С. 3–13. Дои:10.1128 / microbiolspec.EHEC-0028-2014. ISBN  9781555818784. ЧВК  4290666. PMID  25590020.
  7. ^ Beutin L; Geier D; Steinrück H; Zimmermann S; Scheutz F (сентябрь 1993 г.). «Распространенность и некоторые свойства Escherichia coli, продуцирующей веротоксин (шига-подобный токсин), у семи различных видов здоровых домашних животных». Журнал клинической микробиологии. 31 (9): 2483–8. Дои:10.1128 / JCM.31.9.2483-2488.1993. ЧВК  265781. PMID  8408571.
  8. ^ Bitzan M; Ричардсон С; Хуанг С; Boyd B; Petric M; Кармали М.А. (август 1994 г.). «Доказательства того, что веротоксины (Shiga-подобные токсины) из Escherichia coli связываются с антигенами группы крови P эритроцитов человека in vitro». Инфекция и иммунитет. 62 (8): 3337–47. Дои:10.1128 / IAI.62.8.3337-3347.1994. ЧВК  302964. PMID  8039905.
  9. ^ Giraldi R; Guth BE; Трабульси Л. Р. (июнь 1990 г.). «Производство шига-подобного токсина среди штаммов Escherichia coli и других бактерий, выделенных от диареи в Сан-Паулу, Бразилия». Журнал клинической микробиологии. 28 (6): 1460–2. Дои:10.1128 / JCM.28.6.1460-1462.1990. ЧВК  267957. PMID  2199511.
  10. ^ Scheutz F, Teel LD, Beutin L, Piérard D, Buvens G, Karch H, Mellmann A, Caprioli A, Tozzoli R, Morabito S, Strockbine NA, Melton-Celsa AR, Sanchez M, Persson S, O'Brien AD (сентябрь 2012). «Многоцентровая оценка протокола на основе последовательностей для определения подтипов токсинов шига и стандартизации номенклатуры Stx». Журнал клинической микробиологии. 50 (9): 2951–63. Дои:10.1128 / JCM.00860-12. ЧВК  3421821. PMID  22760050.
  11. ^ Konowalchuk J, Speirs JI, Stavric S (декабрь 1977 г.). «Вероответ на цитотоксин Escherichia coli». Инфекция и иммунитет. 18 (3): 775–9. Дои:10.1128 / IAI.18.3.775-779.1977. ЧВК  421302. PMID  338490.
  12. ^ Мизутани С., Наказоно Н., Сугино Ю. (апрель 1999 г.). «Так называемые хромосомные гены веротоксина на самом деле переносятся дефектными профагами». ДНК исследования. 6 (2): 141–3. Дои:10.1093 / dnares / 6.2.141. PMID  10382973.
  13. ^ Сильва CJ, Брэндон Д.Л., Скиннер CB, He X и др. (2017), «Глава 3: Структура токсинов шига и других токсинов AB5», Токсины шига: обзор структуры, механизма и обнаружения, Спрингер, ISBN  978-3319505800.
  14. ^ Асакура Х, Макино С., Кобори Х, Ватараи М., Сирахата Т., Икеда Т., Такеши К. (август 2001 г.). «Филогенетическое разнообразие и сходство активных сайтов токсина шига (stx) в изолятах шига-токсина Escherichia coli (STEC) от людей и животных». Эпидемиология и инфекция. 127 (1): 27–36. Дои:10.1017 / S0950268801005635. ЧВК  2869726. PMID  11561972.
  15. ^ Бейтин, Л; Мико, А; Краузе, G; Прайс, К; Haby, S; Стидж, К; Альбрехт, Н. (2007). «Идентификация патогенных для человека штаммов Escherichia coli, продуцирующих токсин шига из пищи, путем сочетания серотипирования и молекулярного типирования генов токсина шига». Прикладная и экологическая микробиология. 73 (15): 4769–75. Дои:10.1128 / AEM.00873-07. ЧВК  1951031. PMID  17557838.
  16. ^ Römer W, Berland L, Chambon V, Gaus K, Windschiegl B, Tenza D, Aly MR, Fraisier V, Florent JC, Perrais D, Lamaze C, Raposo G, Steinem C, Sens P, Bassereau P, Johannes L (ноябрь 2007 г. ). «Токсин шига вызывает инвагинации канальцевых мембран для его поглощения клетками». Природа. 450 (7170): 670–5. Bibcode:2007Натура.450..670р. Дои:10.1038 / природа05996. PMID  18046403. S2CID  4410673.
  17. ^ Sandvig K, van Deurs B (ноябрь 2000 г.). «Поступление рицина и токсина шига в клетки: молекулярные механизмы и медицинские перспективы». Журнал EMBO. 19 (22): 5943–50. Дои:10.1093 / emboj / 19.22.5943. ЧВК  305844. PMID  11080141.
  18. ^ Mercatelli D, Bortolotti M, Giorgi FM (август 2020 г.). «Вывод транскрипционной сети и анализ главного регулятора ответа на белки, инактивирующие рибосомы в лейкозных клетках». Токсикология. 441: 152531. Дои:10.1016 / j.tox.2020.152531. PMID  32593706.
  19. ^ Лукьяненко В., Малюкова И., Хаббард А., Деланной М., Бодекер Е., Жу С., Чеботару Л., Ковбаснюк О. (ноябрь 2011 г.). «Энтерогеморрагическая инфекция, вызванная Escherichia coli, стимулирует макропиноцитоз токсина 1 Shiga и трансцитоз через эпителиальные клетки кишечника». Американский журнал физиологии. Клеточная физиология. 301 (5): C1140-9. Дои:10.1152 / ajpcell.00036.2011. ЧВК  3213915. PMID  21832249.
  20. ^ Донохью-Рольф А, Ачесон Д.В., Кеуш GT (2010). «Токсин шига: очистка, структура и функции». Отзывы об инфекционных заболеваниях. 13 Дополнение 4 (7): S293-7. Дои:10.1016 / j.toxicon.2009.11.021. PMID  2047652.
  21. ^ Аденокарциномы желудка экспрессируют гликосфинголипид Gb3 / CD77: нацеливание на клетки рака желудка с помощью B-субъединицы шига-токсина
  22. ^ Stein PE, Boodhoo A, Tyrrell GJ, Brunton JL, Read RJ (февраль 1992 г.). «Кристаллическая структура связывающего клетки B-олигомера веротоксина-1 из E. coli». Природа. 355 (6362): 748–50. Bibcode:1992Натура.355..748С. Дои:10.1038 / 355748a0. PMID  1741063. S2CID  4274763.
  23. ^ Капер Дж. Б., Натаро Дж. П., Мобли Х. Л. (февраль 2004 г.). «Патогенная кишечная палочка». Обзоры природы. Микробиология. 2 (2): 123–40. Дои:10.1038 / nrmicro818. PMID  15040260. S2CID  3343088.
  24. ^ Обата Ф., Тохьяма К., Бонев А.Д., Коллинг Г.Л., Хранители Т.Р., Гросс Л.К., Нельсон М.Т., Сато С., Обриг Т.Г. (ноябрь 2008 г.). «Токсин шига 2 влияет на центральную нервную систему через рецептор глоботриаозилцерамида, локализованный в нейронах». Журнал инфекционных болезней. 198 (9): 1398–406. Дои:10.1086/591911. ЧВК  2684825. PMID  18754742.
  25. ^ Тирони-Фаринати С., Лойдл К.Ф., Бокколи Дж., Парма Й., Фернандес-Миякава М.Э., Гольдштейн Дж. (Май 2010 г.). «Внутрицеребровентрикулярный токсин 2 Шига увеличивает экспрессию своего рецептора глоботриаозилцерамида и вызывает аномалии дендритов». Журнал нейроиммунологии. 222 (1–2): 48–61. Дои:10.1016 / j.jneuroim.2010.03.001. PMID  20347160. S2CID  11910897.

внешняя ссылка