Struktura fragmentu tetanového toxinu Hc v komplexu se syntetickým analogem GT1b a fosfátem (PDB záznam 1fv2)
Obsah
- 1 Clostidium tetani
- 2 Zpětný chod. Axonální transport
- 3 Gangliosidy
- 4 Tetanospasmin (TeNT)
- 5 Interakce Hc a gangliosidů
Clostidium tetani
Grampozitivní bacil Clostridium tetani je bakterie odpovědná za chorobný stav tetanus. Přítomnost bakterie nezpůsobuje onemocnění, ale toxiny, které produkuje, způsobují chorobný stav. C. tetani produkuje dva toxiny: tetanospasmin a tetanolysin nebo tenxylysin. Tetanolysin je cytolysin, který zvyšuje propustnost buněčných membrán prostřednictvím lýzy buněk. Tetanospasmin je příčinou tetanu a někdy se označuje jako tetanový neurotoxin (TeNT), protože působí na centrální nervový systém. Tetanospasmin se dostává do centrálního nervového systému retrográdním axonálním tokem, který začíná u α- motorických neuronů nacházejících se ve svalech a končí vazbou na gangliosidy nacházející se v centrálním nervovém systému (CNS).
Mechanismus účinku tetanospasminu.
Retrográdní axonální transport
Po internalizaci do membrány α-motorického neuronu je TeNT transportován retrográdním axonálním transportem. Retrográdní axonální transport je normální proces v buněčných membránách neuronů, který jim umožňuje odstraňovat a recyklovat buněčné zbytky z axonů. Jako retrográdní přenašeči v axonech byly identifikovány dvě organely: kulaté vezikuly a tubulo-vezikulární struktury. Tyto struktury chrání TeNT před lysozomální degradací a okyselením a dodávají jej do inhibičních interneuronů CNS v plně aktivní formě. Tyto konkrétní organely mohou připojit TeNT pomocí neutrofinového receptoru p75 (p75NTR), který se využívá při retrográdním transportu nervového růstového faktoru (NGF).
Gangliosidy
Gangliosidy patří do kategorie glykosfingolipidů a nacházejí se převážně v neuronálních tkáních. Gangliosidy se skládají z kyseliny sialové navázané na cukernou (glukóza, galaktóza, GalNAc, GlcNAc a/nebo fruktóza) páteř připojenou k ceramidové bázi. Tyto gangliosidy tvoří přibližně 10 % celkového obsahu lipidů v neuronu a stejně jako ostatní lipidy fungují gangliosidy při přenosu buněčných signálů.
Tetanospasmin (TeNT)
Tetanospasmin je 150kDa toxin, který se skládá z jednoho lehkého řetězce (50 kDa) a jednoho těžkého řetězce (100 kDa). Lehký řetězec je zodpovědný za toxicitu molekuly, zatímco těžký řetězec je zodpovědný za vazbu toxinu na axonální membrány. Těžký řetězec může být také rozštěpen na dva fragmenty Hn a Hc. Fragment Hn je zodpovědný za translokaci lehkého řetězce přes axonální membránu, zatímco fragment Hc se váže na axonální membránu.
Interakce Hc a gangliosidu
Překrytí tří kopií struktury TeNT Hc. Tento obrázek pomáhá ilustrovat dvě separované a odlišné domény Hc fragmentu tetanospasminu.
Hc má dvě odlišné domény:
Gangliosid GT1-b.
1.Jelly-roll (amino konec)
2.β-Trefoil (karboxylový konec)
Studie prokázaly, že β-trefoil doména obsahuje vazebná místa pro gangliosidy.
Studie vazby ukázaly, že konkrétní gangliosid, GT1-b, je nezbytný pro vazbu Hc fragmentu tetanospasminu (TeNT). Za účelem zvýšení rozpustnosti byl vyroben analog gangliosidu GT1-b, protože se nepodařilo získat krystalovou strukturu Hc a nativního GT1-b.
Analog GT1-b, který byl použit k vazbě na fragment Hc v této studii. Analog se od nativního GT1-b liší tím, že Sia6 je β-anomer a ceramidová skupina byla nahrazena.
Fragment Hc má dvě vazebná místa v β-trojúhelníkové doméně:
V tomto místě je vytvořena úzká drážka, kde může vznikat řada vodíkových vazeb.
Běžná vodíková vazba se tvoří mezi postranním řetězcem His1271 a OH-6, OH-4 a O-5 Gal4 a mezi karbonylovým kyslíkem hlavního řetězce Thr1270 a OH-4 Gal4. GalNAc3 interaguje prostřednictvím vodíkové vazby mezi OH-4 aAsp1222 OD a mezi OH-4 a His1271. V tomto místě dochází také ke stohování kruhů za účasti galaktózy.
V tomto místě se vytváří mělká kapsa, kde dochází k vodíkovým vazbám.
Obvykle se vodíkové vazby vytvářejí mezi OD-1 a OD-2 Asp1147 a O-4 a acetamido-N-5 Sia6 a mezi ND-2 Asn1216 a O-10 Sia6. Solný můstek se také tvoří mezi Arg1226 a kyselinou sialovou Sia7, také karboxylátová skupina a vodíkové vazby mezi O-1A a amidovým NH Asn1216; mezi O-4 a karbonylovým kyslíkem Asp1214; a meziOH-8 a hydroxylovou skupinou Tyr1229 na Sia7.
Modelování naznačuje, že je možné, aby obě ramena gangliosidu interagovala s více než jedním fragmentem Hc. To může vést ke shlukování a zesíťování toxinu a posílit proces internalizace nebo vychytávání toxinu přes axonální membránu. Jiní naznačují, že TeNT může přímo zesíťovat dva gangliosidy prostřednictvím své jediné proteinové domény, což rovněž zvyšuje absorpci toxinu. Vazbou na jednom nebo obou místech je tedy Hc fragment tetanospasminu úspěšně schopen pomoci zbytku molekuly tetanospasminu získat přístup do cytoplazmy inhibičních interneuronů.