Цитолизин - Cytolysin
Цитолизин относится к секретируемому микроорганизмами, растениями или животными веществу , которое является специфически токсичным для отдельных клеток , во многих случаях вызывая их растворение в результате лизиса . Цитолизины, которые оказывают специфическое действие на определенные клетки, названы соответственно. Например, цитолизины, ответственные за разрушение красных кровяных телец и высвобождение гемоглобинов , называются гемолизинами и так далее. Цитолизины могут быть задействованы как в иммунитете, так и в ядах .
Гемолизин также используется некоторыми бактериями, такими как Listeria monocytogenes , для разрушения фагосомной мембраны макрофагов и выхода в цитоплазму клетки.
История и предыстория
Термин «цитолизин» или «цитолитический токсин» был впервые введен Аланом Бернхеймером для описания токсинов, повреждающих мембраны ( MDT ), которые оказывают цитолитическое действие на клетки. Первый обнаруженный вид цитолитического токсина оказывает гемолитическое действие на эритроциты некоторых чувствительных видов, таких как человек. По этой причине « Гемолизин » впервые был использован для описания любых МДТ. В 1960-х годах было доказано, что некоторые MDT разрушают клетки, отличные от эритроцитов , такие как лейкоциты . Термин «цитолизин» затем вводится Бернхеймером для замены « гемолизина ». Цитолизины могут разрушать мембраны, не вызывая лизиса клеток. Таким образом, термин «токсины, повреждающие мембраны» (MDT) описывает основные действия цитолизинов. Цитолизины составляют более 1/3 всех токсинов бактериального белка . Токсины бактериального белка могут быть очень ядовитыми для человека. Например, ботулинический является 3x10 - более токсичен , чем змеиный яд для человека и его токсичная доза составляет весь 0.8x10 -8 мг. Большое количество грамположительных и грамотрицательных бактерий используют цитолизин в качестве основного оружия для создания болезней, таких как Enterococcus faecalis , Staphylococcus и Clostridium perfringens .
Цитолизинам был проведен широкий спектр исследований. С 1970-х годов было открыто более 40 новых цитолизинов, которые сгруппированы в разные семейства. На генетическом уровне были изучены и опубликованы генетические структуры около 70 белков цитолизина. Также подробно рассмотрен процесс повреждения мембраны . Rossjohn et al. представить кристаллическую структуру perfringolysin O, A тиол -активированного Цитолизин, который создает мембранные отверстия на эукариотические клетки. Построена подробная модель формирования мембранного канала , раскрывающая механизм введения мембраны. Шатурский и др. изучили механизм встраивания в мембрану перфринголизина O (PFO), холестерин- зависимого порообразующего цитолизина, продуцируемого патогенными Clostridium perfringens. Вместо использования одной амфипатической β-шпильки на полипептид, мономер PFO содержит две амфипатической β-шпильки, каждая из которых охватывает всю мембрану. Ларри и др. основное внимание было уделено моделям проникающих через мембрану токсинов RTX , семейства MDT, секретируемых многими грамотрицательными бактериями . Выявлен процесс вставки и транспорта белка от RTX к целевой липидной мембране.
Классификация
Цитолизины, повреждающие мембраны, можно разделить на три типа в зависимости от механизма их повреждения:
- Цитолизины, которые атакуют двухслойные мембраны эукариотических клеток , растворяя их фосфолипиды. Типичные цитолизины включают α-токсин C. perfringens (фосфолипаза C), β-токсин S. aureus (шингомиелиназа C) и Vibrio damsela ( фосфолипаза D). Farlane et al. признали молекулярный механизм α-токсина C. perfringens в 1941 году, что ознаменовало новаторскую работу над любыми бактериальными белковыми токсинами.
- Цитолизины, которые атакуют гидрофобные участки мембран и действуют как « детергенты ». Примеры этого типа включают 26-аминокислотные δ-токсины из Straphylococcus aureus , S. haemolyticus и S. lugdunensis , токсин Bacillus subtilis и цитолизин из Pseudomonas aeruginosa .
- Цитолизины, образующие поры на мембранах клеток-мишеней. Эти типы цитолизина также известны как порообразующие токсины (PFT) и составляют наибольшую часть всех цитолизинов. Примеры этого типа включают перфрингиолизин O из бактерий Clostridium perfringens , гемолизин из Escherichia coli и листериолизин из Listeria monocytogenes . Цели этого типа цитолизинов варьируются от общих клеточных мембран до более специфических микроорганизмов, таких как холестерины и мембраны фагоцитов.
Цитолизины, образующие поры
Цитолизины, образующие поры (PFC), составляют около 65% всех цитолизинов, повреждающих мембраны. Первый цитолизин, образующий поры, был обнаружен Манфредом Майером в 1972 году при вставке C5 - C9 эритроцитов. ПФУ могут производиться из самых разных источников, таких как бактерии, грибы и даже растения. Патогенный процесс PFC обычно включает формирование каналов или пор на мембранах клеток-мишеней. Обратите внимание, что поры могут иметь много структур. Порин -как структуры позволяет молекулы определенных размеров , чтобы пройти. Электрические поля неравномерно распределяются по поре и позволяют молекулам отбора, которые могут пройти. Этот тип структуры показан у стафилококкового α-гемолизина. Пора также может быть образована за счет слияния мембран. Контролируемое Ca 2+ , слияние мембран везикул формирует заполненные водой поры из протеолипидов . Цитолизины, образующие поры, такие как перфорин, используются в цитотоксических киллерных Т- и NK-клетках для разрушения инфицированных клеток.
процесс порообразования
Более сложный процесс порообразования включает процесс олигомеризации нескольких мономеров ПФУ . Процесс формирования пор состоит из 3 основных этапов. Цитолизины сначала производятся определенными микроорганизмами. Иногда организму-продуценту необходимо создать поры на своей собственной мембране для высвобождения таких цитолизинов, как в случае колицинов, продуцируемых Escherichia coli . На этом этапе цитолизины высвобождаются в виде белковых мономеров в водорастворимом состоянии. Обратите внимание, что цитолизины также часто токсичны для продуцирующих их хозяев. Например, колицины потребляют нуклеиновые кислоты клеток с помощью нескольких ферментов. Чтобы предотвратить такую токсичность, клетки-хозяева продуцируют белки иммунитета для связывания цитолизинов, прежде чем они нанесут какой-либо ущерб внутрь.
На втором этапе, цитолизины придерживаться целевой клеточных мембран путем сопоставления « рецепторы " »на мембранах. Большинство рецепторов - это белки, но они могут быть и другими молекулами, такими как липиды или сахара. С помощью рецепторов мономеры цитолизина соединяются друг с другом и образуют кластеры олигомеров. На этом этапе цитолизины завершают переход из состояния водорастворимых мономеров в состояние олигомеров.
Наконец, образующиеся кластеры цитолизина проникают через мембраны клеток-мишеней и образуют поры мембран. Размер этих пор изменяется от 1-2 нм ( золотистого стафилококка альфа-токсина , кишечной палочки α- гемолизина , Aeromonas aerolysin ) до 25-30 нм ( streplysin O , пневмолизина ).
В зависимости от того, как образуются поры, образующие поры цитолизины делятся на две категории. Те, которые образуют поры с α- спиралями , называются α-PFT (токсины, образующие поры). Те, которые образуют поры с β- цилиндрической структурой, называются β-PFT. Некоторые из распространенных α-PFT и β-PFT перечислены в таблице ниже.
| α-PFT | β-ПФТ |
|---|---|
| Колицин Ia, Экстотоксин A Pseudomonas aeruginosa , Эквинатоксин II Actinia equina | Аэролизин, альфа-токсин Clostrim septicum , золотистый стафилококк и альфа-гемолизин , цитотоксин синегнойной палочки , защитный антиген сибирской язвы, холестерин-зависимые цитолизины. |
Последствия цитолизинов
Летальные эффекты порообразующих цитолизинов проявляются в нарушении притока и оттока в одной клетке. Поры, которые пропускают ионы, подобные Na +, создают дисбаланс в клетке-мишени, который превышает ее способность балансировать ионы. Таким образом, атакованные клетки расширяются до лизиса. Когда мембраны клеток-мишеней разрушаются, бактерии, продуцирующие цитолизины, могут потреблять внутриклеточные элементы клетки, такие как железо и цитокины. Некоторые ферменты, которые разлагают критические структуры клеток-мишеней, могут беспрепятственно проникать в клетки.
Холестерин-зависимый цитолизин
Одним из конкретных типов цитолизина является холестерин-зависимый цитолизин ( CDC ). CDC существуют у многих грамположительных бактерий. Процесс порообразования CDC требует присутствия холестерина на мембранах клеток-мишеней. Размер пор, создаваемых CDC, велик (25-30 нм) из-за олигомерного процесса цитолизинов. Обратите внимание, что холестерин не всегда необходим во время фазы прилипания. Например, интермедилизину требуется только присутствие белковых рецепторов, когда он прикрепляется к клеткам-мишеням, а холестерины требуются при формировании пор. Формирование пор через CDC включает дополнительный этап, чем этапы, проанализированные выше. Водорастворимые мономеры олигомеризуются с образованием промежуточного продукта, называемого комплексом «пре-поры», и затем β-цилиндр проникает в мембрану.