- vlastnosti
- Typy
- a-hemolysin
- P-hemolysin
- y-hemolysin
- Akční mechanismy
- Membránová vazba
- Vložení toxinu do membrány
- Oligomerizace
- Reference
Hemolyzin je malý protein, který příčina póry v buňce erytrocytů a některých jiných vlastních krevních buněk savců membrány. Obecně je syntetizován a vylučován patogenními bakteriemi.
Tento protein je jeden z nejčastějších mikrobiálních toxinů a ten, který byl nejlépe studován. Někdy to může způsobit hemolytickou anémii, protože počet kanálů, kterými prochází vnitřní prostor buněk, může dokonce způsobit lýzu buněk.
Molekulární struktura hemolysinu (Zdroj: pracovníci Jawahar Swaminathan a MSD v Evropském institutu bioinformatiky prostřednictvím Wikimedia Commons)
Obecně je hemolysin typickým toxinem druhu Streptococcus ve střevním traktu. Jeho funkce umožňuje bakteriím narušit epiteliální bariéru střevního traktu, a tak se pohybovat v krevním řečišti a kolonizovat další tkáně.
Nejběžnější forma, kterou se hemolysin nachází v přírodě, je ve formě a-hemolysinu. Tento protein je jedním z nejdůležitějších virulenčních faktorů většiny kmenů Escherichia coli a některých klostridií.
Většina infekcí močových cest je způsobena kmeny Escherichia coli, které produkují a-hemolysin s hemolytickými charakteristikami.
Produkce hemolysinu a bakteriocinu v bakteriálních kmenech souvisí s konkurenčním mechanismem proti ostatním druhům a zdá se, že produkce obou toxinů závisí na stejných genetických determinantech v genomu bakterie.
vlastnosti
Hemolysin je tvořen sedmi podjednotkami a gen, který ho kóduje, má sedm promotorů. Těchto sedm podjednotek se vloží do plazmatické membrány cílových buněk a když se spojí, vytvoří iontový kanál, přes který metabolity z vnitřku buňky uniknou.
Hemolysin je extracelulární vápník (Ca + 2)-dependentní cytotoxin, který působí na plazmatickou membránu buněk v krevním řečišti. Póry, které vytváří v membráně, jsou také hydrofilní a způsobují, že voda proniká do vnitřku buňky, což může vést k lýze.
Hemolysiny jsou typické proteinové produkty gramnegativních bakterií a všechny mají dvě vlastnosti:
1 - Přítomnost velmi malého peptidu (nonapeptidu) tvořeného opakováním aminokyselin glycinu a kyseliny asparagové. Nonapeptidy hemolysinu jsou umístěny v blízkosti C-terminální části primární struktury proteinu.
2 - Všechny hemolysiny jsou bakteriemi vylučovány do extracelulárního prostředí prostřednictvím transportéru typu ABC (ATP-Binding Cassette).
Produkce hemolyzinu je obvykle detekována u bakteriálních kmenů růstem v krevním agarovém médiu. Při testu je pozorován hemolytický halo, produkt rozkladu červených krvinek v blízkosti bakteriálních kolonií.
Typy
Existuje několik různých typů hemolysinů, které jsou klasifikovány řeckým písmenem na začátku svého jména. Nejstudovanější a nejčastější jsou a, P a y hemolysiny, všechny produkované kmenem Staphylococcus aureus.
Typy hemolysinu jsou klasifikovány podle rozsahu buněk, na které útočí, a podle jejich primární struktury proteinu.
a-hemolysin
Tento protein je typický pro kmeny Staphylococcus aureus a Escherichia coli; napadá neutrofily, červené krvinky, lymfocyty, makrofágy, dospělé a embryonální fibroblasty. Interaguje s polárními hlavami lipidů plazmatické membrány těchto buněk, aby internalizoval hydrofobní ocas asi 5 Ӑ uvnitř membrány.
P-hemolysin
P-hemolysin, produkovaný Staphylococcus aureus v menším rozsahu než a-hemolysin, útočí hlavně na červené krvinky a vstupuje do membrány výlučně přes sfingomyelinové domény buněčné membrány.
y-hemolysin
Bylo také pozorováno u Staphylococcus aureus. Byl klasifikován jako hemolytický protein a leukotoxin současně, protože ovlivňuje polymorfonukleární buňky člověka, monocyty, makrofágy a zřídka dokonce červené krvinky.
Tento typ y-hemolysinu je jedním z nejméně charakterizovaných, proto je jeho mechanismus účinku neznámý a nebyl zkoumán in vivo.
Akční mechanismy
Mechanismus účinku, který byl relativně jasně objasněn, je mechanismus a-hemolysinu. Protože se však jedná o hemolytické proteiny, většina procesů se považuje za běžnou pro všechny hemolyziny.
Vědci naznačují, že pro to, aby bakterie vylučovaly hemolysin do životního prostředí, musí být v mikroprostředí chudém na živiny, proto by to byl mechanismus, který spouští buňku, aby zničila cílové buňky a získala jejich živiny.
Mechanismus byl popsán ve třech krocích: vazba na buněčnou membránu, inzerce a oligomerizace.
Membránová vazba
Bylo zjištěno, že hemolysiny se mohou vázat na neutrofilní integriny a v erytrocytech se ukázalo, že se tyto proteiny vážou na glykosylované složky, jako jsou glykoproteiny, gangliosidy a glykophoriny buněčné membrány.
Někteří autoři naznačují, že přítomnost receptorů v membráně není nezbytná pro navázání hemolysinů. V každém případě mechanismus buněčného opětovného příjmu proteinu není dosud přesně znám.
Transmembránový pór tvořený hemolyzinovým proteinem Staphylococcus (Zdroj: Autoři depozice: Song, L., Hobaugh, M., Shustak, C., Cheley, S., Bayley, H., Gouaux, JE; autor vizualizace: Uživatel: Astrojan přes Wikimedia Commons)
Interakce s membránou probíhá ve dvou krocích:
- Počáteční vazba (reverzibilní): když se hemolysin váže na domény membrány vázající vápník. Tento krok se vyskytuje na povrchu a je velmi citlivý na elektrostatický výboj.
- ireverzibilní spojení: spojuje aminokyselinové domény s lipidovými složkami vnější vrstvy plazmatické membrány cílových buněk, aby se vytvořily fyzikální vazby mezi hydrofobními sloučeninami membrány.
Vložení toxinu do membrány
Α-Hemolysin vkládá zbytky 177 a 411 do první lipidové monovrstvy. V extracelulárním prostředí je hemolysin spojen s ionty vápníku, které v něm indukují strukturální uspořádání a přispívají k jeho aktivaci.
Tato inzerce konsoliduje nevratné připojení k buněčné membráně. Jakmile dojde k uspořádání, hemolysin se stává integrálním proteinem, protože experimentálně bylo prokázáno, že jediným způsobem, jak jej extrahovat z membrány, je použití detergentů, jako je Triton X-100.
Oligomerizace
Když byl veškerý hemolyzin vložen do plazmatické membrány cílových buněk, dochází k oligomerizaci 7 podjednotek, které ji tvoří, což končí tvorbou proteinového póru, vysoce dynamického, ale závislého na lipidovém složení membrány.
Bylo pozorováno, že proces oligomerace je podporován mikrodoménemi nebo lipidovými rafty buněčné membrány. Tyto oblasti nemusí upřednostňovat vazbu proteinu, ale upřednostňují oligomerizaci stejného jednou vloženého.
Čím více se hemolysiny váží na membránu, tím více pórů se vytvoří. Kromě toho se hemolysiny mohou navzájem oligomerizovat (sousední) a vytvářet mnohem větší kanály.
Reference
- Bakás, L., Ostolaza, H., Vaz, WL a Goñi, FM (1996). Reverzibilní adsorpce a nevratná inzerce alfa-hemolysinu Escherichia coli do lipidových dvojvrstev. Biophysical journal, 71 (4), 1869-1876.
- Dalla Serra, M., Coraiola, M., Viero, G., Comai, M., Potrich, C., Ferreras, M.,… & Prévost, G. (2005). Dvousložkové y-hemolysiny Staphylococcus aureus, HlgA, HlgB a HlgC, mohou tvořit smíšené póry obsahující všechny složky. Žurnál chemických informací a modelování, 45 (6), 1539-1545.
- Gow, JA, a Robinson, J. (1969). Vlastnosti purifikovaného stafylokokového β-hemolysinu. Journal of bakteriology, 97 (3), 1026-1032.
- Ike, Y., Hashimoto, H., & Clewell, DB (1984). Hemolysin Streptococcus faecalis poddruh zymogenes přispívá k virulenci u myší. Infection and Immunity, 45 (2), 528-530.
- Remington, JS, Klein, JO, Wilson, CB, Nizet, V. a Maldonado, YA (Eds.). (1976). Infekční choroby plodu a novorozence (svazek 4). Philadelphia: Saunders.
- Todd, EW (1932). Antigenní streptokokový hemolysin. Journal of experimentální medicíny, 55 (2), 267-280.