Struktur des Tetanustoxin-Hc-Fragments, komplexiert mit einem synthetischen GT1b-Analogon und Phosphat (PDB-Eintrag 1fv2)
Inhalt
- 1 Clostidium tetani
- 2 Retrograde Axonaler Transport
- 3 Ganglioside
- 4 Tetanospasmin (TeNT)
- 5 Hc und Gangliosid-Interaktion
Clostidium tetani
Das grampositive Bakterium Clostridium tetani ist das Bakterium, das für den Krankheitszustand Tetanus verantwortlich ist. Das Vorhandensein des Bakteriums verursacht nicht die Krankheit, sondern die Toxine, die es produziert, verursachen den Krankheitszustand. C. tetani produziert zwei Toxine: Tetanospasmin und Tetanolysin oder Tentoxylysin. Tetanolysin ist ein Cytolysin, das die Durchlässigkeit der Zellmembranen durch Zelllyse erhöht. Tetanospasmin ist die Ursache von Tetanus und wird manchmal auch als Tetanus-Neurotoxin (TeNT) bezeichnet, da es auf das zentrale Nervensystem wirkt. Tetanospasmin gelangt über den retrograden axonalen Fluss in das Zentralnervensystem, beginnend bei den α-Motorneuronen im Muskel und endend durch Bindung an Ganglioside im Zentralnervensystem (ZNS).
Wirkungsmechanismus von Tetanospasmin.
Retrograder axonaler Transport
Nach der Internalisierung in die Membran des α-Motorneurons wird TeNT durch retrograden axonalen Transport transportiert. Der retrograde axonale Transport ist ein normaler Prozess innerhalb der Zellmembranen von Neuronen, der es ihnen ermöglicht, Zelltrümmer aus den Axonen zu entfernen und zu recyceln. Zwei Organellen wurden als retrograde Träger innerhalb der Axone identifiziert: runde Vesikel und tubulo-vesikuläre Strukturen. Diese Strukturen schützen TeNT vor lysosomalem Abbau und Übersäuerung und bringen es in vollständig aktiver Form zu den hemmenden Interneuronen des ZNS. Diese besonderen Organellen können TeNT über einen Neutrophinrezeptor p75 (p75NTR) an sich binden, der für den retrograden Transport des Nervenwachstumsfaktors (NGF) verwendet wird.
Ganglioside
Ganglioside gehören zur Kategorie der Glykosphingolipide und kommen vorwiegend in neuronalen Geweben vor. Ganglioside bestehen aus Sialinsäure, die an ein Zuckergerüst (Glukose, Galaktose, GalNAc, GlcNAc und/oder Fruktose) gebunden ist, das mit einer Ceramid-Basis verbunden ist. Diese Ganglioside machen etwa 10 % des Gesamtlipidgehalts eines Neurons aus, und wie andere Lipide haben Ganglioside eine Funktion bei der Signalübertragung in der Zelle.
Tetanospasmin (TeNT)
Tetanospasmin ist ein 150-kDa-Toxin, das aus einer leichten Kette (50-kDa) und einer schweren Kette (100-kDa) besteht. Die leichte Kette ist für die Toxizität des Moleküls verantwortlich, während die schwere Kette für die Bindung des Toxins an die axonalen Membranen zuständig ist. Die schwere Kette kann auch in 2 Fragmente Hn und Hc gespalten werden. Das Hn-Fragment ist für die Translokation der leichten Kette durch die Axonmembran verantwortlich, während das Hc-Fragment an die Axonmembran bindet.
Hc und Gangliosid-Interaktion
Eine Überlappung von drei Kopien der TeNT-Hc-Struktur. Dieses Bild verdeutlicht die zwei getrennten und unterschiedlichen Domänen des Hc-Fragments von Tetanospasmin.
Hc hat zwei unterschiedliche Domänen:
Gangliosid GT1-b.
1.Jelly-roll (amino end)
2.β-Trefoil (carboxyl end)
Studien haben gezeigt, dass die β-Trefoil-Domäne die Gangliosid-Bindungsstellen enthält.
Bindungsstudien haben gezeigt, dass ein bestimmtes Gangliosid, GT1-b, für die Bindung des Hc-Fragments von Tetanospasmin (TeNT) notwendig ist. Ein Analogon des GT1-b-Gangliosids wurde hergestellt, um die Löslichkeit zu erhöhen, da eine Kristallstruktur des Hc und des nativen GT1-b nicht erhalten werden konnte.
GT1-b-Analogon, das in dieser Studie für die Bindung an das Hc-Fragment verwendet wurde. Das Analogon unterscheidet sich vom nativen GT1-b dadurch, dass Sia6 das β-Anomer ist und die Ceramidgruppe ersetzt wurde.
Das Hc-Fragment hat zwei Bindungsstellen in der β-Trefoil-Domäne:
An dieser Stelle bildet sich eine schmale Furche, in der sich eine Reihe von Wasserstoffbrückenbindungen bilden können.
Gemeinsame Wasserstoffbrücken werden zwischen der Seitenkette von His1271 und OH-6, OH-4 und O-5 von Gal4 sowie zwischen dem Carbonylsauerstoff der Hauptkette von Thr1270 und OH-4 von Gal4 gebildet. GalNAc3 interagiert über eine Wasserstoffbrücke zwischen OH-4 undAsp1222 OD sowie zwischen OH-4 und His1271. An dieser Stelle bildet sich eine flache Tasche, in der Wasserstoffbrückenbindungen auftreten.
Gemeinsam bilden sich Wasserstoffbrücken zwischen OD-1 und OD-2 von Asp1147 und O-4 und dem Acetamido-N-5 von Sia6 sowie zwischen ND-2 von Asn1216 und O-10 von Sia6. Eine Salzbrücke bildet sich auch zwischen Arg1226 und der Sialinsäure von Sia7, ebenso die Carboxylatgruppe und Wasserstoffbrücken zwischen O-1A und dem Amid-NH von Asn1216; zwischen O-4 und dem Carbonylsauerstoff von Asp1214; und zwischenOH-8 und der Hydroxylgruppe von Tyr1229 auf Sia7.
Die Modellierung legt nahe, dass es möglich ist, dass die beiden Arme des Gangliosids mit mehr als einem Hc-Fragment wechselwirken. Dies könnte zu einer Bündelung und Vernetzung des Toxins führen und die Internalisierung oder Aufnahme des Toxins durch die Axonmembran verbessern. Andere Autoren vermuten, dass TeNT über seine einzelne Proteindomäne zwei Ganglioside direkt miteinander vernetzen kann, was ebenfalls die Aufnahme des Toxins verbessert. Durch die Bindung an einer oder beiden Stellen ist das Hc-Fragment von Tetanospasmin also in der Lage, den Rest des Tetanospasmin-Moleküls beim Zugang zum Zytoplasma der inhibitorischen Interneuronen zu unterstützen.