Estructura del fragmento Hc de la toxina tetánica complejado con un análogo sintético de GT1b y fosfato (entrada PDB 1fv2)
Contenidos
- 1 Clostidium tetani
- 2 Transporte retrógrado Transporte axonal
- 3 Gangliósidos
- 4 Tetanospasmina (TeNT)
- 5 Interacción entre Hc y Gangliósidos
Clostidium tetani
El bacilo Gram positivo Clostridium tetani es la bacteria responsable del estado de enfermedad del tétanos. La presencia de la bacteria no causa la enfermedad, sino que las toxinas que produce provocan el estado de enfermedad. C. tetani produce dos toxinas: tetanospasmina y tetanolisina o tentoxilisina. La tetanolisina es una citolisina que aumenta la permeabilidad de las membranas celulares mediante la lisis celular. La tetanospasmina es la causa del tétanos y a veces se denomina neurotoxina tetánica (TeNT), ya que actúa en el sistema nervioso central. La tetanospasmina llega al sistema nervioso central a través del flujo axonal retrógrado, empezando por las neuronas motoras α que se encuentran en el músculo y terminando por unirse a los gangliósidos que se encuentran en el sistema nervioso central (SNC).
Mecanismo de acción de la tetanospasmina.
Transporte axonal retrógrado
Después de la internalización en la membrana de la motoneurona α, el TeNT es transportado por vía axonal retrógrada. El transporte axonal retrógrado es un proceso normal dentro de las membranas celulares de las neuronas que les permite eliminar y reciclar los restos celulares de los axones. Se han identificado dos orgánulos como transportadores retrógrados dentro de los axones: las vesículas redondas y las estructuras tubulovesiculares. Estas estructuras protegen al TeNT de la degradación lisosomal y de la acidificación, entregándolo a las interneuronas inhibidoras del SNC en una forma totalmente activa. Estos orgánulos particulares pueden unir el TeNT mediante un receptor de neutrofina p75 (p75NTR), que se utiliza en el transporte retrógrado del Factor de Crecimiento Nervioso (NGF).
Los gangliósidos
Los gangliósidos pertenecen a la categoría de los glicoesfingolípidos y se encuentran predominantemente en los tejidos neuronales. Los gangliósidos consisten en ácido siálico unido a un azúcar (glucosa, galactosa, GalNAc, GlcNAc y/o fructosa) unido a una base de ceramida. Estos gangliósidos constituyen aproximadamente el 10% del contenido total de lípidos de una neurona y, al igual que otros lípidos, los gangliósidos funcionan en la transducción de señales celulares.
La tetanospasmina (TeNT)
La tetanospasmina es una toxina de 150 kDa que está compuesta por una cadena ligera (50-kDa) y una cadena pesada (100-kDa). La cadena ligera es responsable de la toxicidad de la molécula, mientras que la cadena pesada es responsable de la unión de la toxina a las membranas axonales. La cadena pesada también puede escindirse en 2 fragmentos Hn y Hc. El fragmento Hn es responsable de la translocación de la cadena ligera a través de la membrana axonal, mientras que el fragmento Hc se une a la membrana axonal.
Interacción entre la Hc y los gangliósidos
Una superposición de tres copias de la estructura Hc de TeNT. Esta imagen ayuda a ilustrar los dos dominios separados y distintos del fragmento Hc de la tetanospasmina.
Hc tiene dos dominios distintos:
Gangliósido GT1-b.
1.Jelly-roll (extremo amino)
2.β-Trefoil (extremo carboxilo)
Los estudios han demostrado que el dominio β-trefoil contiene los sitios de unión de los gangliósidos.
Los estudios de unión han demostrado que un gangliósido concreto, el GT1-b, es necesario para la unión del fragmento Hc de la tetanospasmina (TeNT). Se fabricó un análogo del gangliósido GT1-b para aumentar la solubilidad porque no se pudo obtener una estructura cristalina del Hc y del GT1-b nativo.
Análogo de la GT1-b que se utilizó para unirse al fragmento Hc en este estudio. El análogo difiere del GT1-b nativo en que Sia6 es el β-anómero y el grupo ceramida ha sido sustituido.
El fragmento Hc tiene dos sitios de unión en el dominio β-trefoil:
En este sitio se forma un surco estrecho en el que se pueden formar varios enlaces de hidrógeno.
Se forman enlaces de hidrógeno comunes entre la cadena lateral de His1271 y OH-6, OH-4 y O-5 de Gal4 y entre el oxígeno carbonilo de la cadena principal de Thr1270 y OH-4 de Gal4. GalNAc3 interactúa mediante un enlace de hidrógeno entre OH-4 yAsp1222 OD y entre OH-4 e His1271. El apilamiento de anillos que implica a la galactosa también se produce en este sitio.
En este sitio se forma un bolsillo poco profundo donde se producen enlaces de hidrógeno.
Comúnmente se forman enlaces de hidrógeno entre OD-1 y OD-2 de Asp1147 y O-4 y el acetamido-N-5 de Sia6 y entre ND-2 de Asn1216 y O-10 de Sia6. También se forma un puente salino entre Arg1226 y el ácido siálico de Sia7, también el grupo carboxilato y enlaces de hidrógeno entre O-1A y la amida NH de Asn1216; entre O-4 y el oxígeno carbonilo de Asp1214; y entreOH-8 y el grupo hidroxilo de Tyr1229 en Sia7.
La modelización sugiere que es posible que los dos brazos del gangliósido interactúen con más de un fragmento Hc. Esto puede dar lugar a la agrupación y reticulación de la toxina y mejorar el proceso de internalización o captación de la toxina a través de la membrana axonal. Otros sugieren que el TeNT puede entrecruzar directamente dos gangliósidos a través de su único dominio proteico, lo que también mejora la captación de la toxina. Por lo tanto, al unirse en uno o ambos sitios, el fragmento Hc de la tetanospasmina es capaz de ayudar con éxito al resto de la molécula de tetanospasmina a acceder al citoplasma de las interneuronas inhibidoras.