Synteettisen GT1b-analogin ja fosfaatin kanssa kompleksoidun jäykkäkouristustoksiinin Hc-fragmentin rakenne (PDB-merkintä 1fv2)
Sisällöt
- 1 Clostidium tetani
- 2 Takaisinlähtevä Axonaalinen kuljetus
- 3 Gangliosidit
- 4 Tetanospasmin (TeNT)
- 5 Hc:n ja gangliosidien vuorovaikutus
Clostidium tetani
Gram-positiivinen bakteeri Clostridium tetani on jäykkäkouristustaudin tautitilasta vastaava bakteeri. Bakteerin läsnäolo ei aiheuta tautia, vaan sen tuottamat toksiinit aiheuttavat tautitilan. C. tetani tuottaa kahta toksiinia: tetanospasmiinia ja tetanolysiiniä tai tentoksylysiiniä. Tetanolysiini on sytolysiini, joka lisää solukalvojen läpäisevyyttä solujen lyysin kautta. Tetanospasmin aiheuttaa jäykkäkouristuksen, ja sitä kutsutaan joskus tetanusneurotoksiiniksi (TeNT), koska se vaikuttaa keskushermostoon. Tetanospasmin kulkeutuu keskushermostoon retrogradisen aksonivirtauksen kautta, joka alkaa lihaksessa olevista α-motoneuroneista ja päättyy sitoutumalla keskushermostossa (CNS) oleviin gangliosideihin.
Tetanospasminin vaikutusmekanismi.
Retrogradinen aksonikuljetus
Internalisoitumisen jälkeen α-motoneuronin kalvoon TeNT kulkeutuu retrogradisen aksonikuljetuksen kautta. Retrogradinen aksonikuljetus on normaali prosessi neuronien solukalvoilla, jonka avulla ne voivat poistaa ja kierrättää solujätteitä aksoneista. Kaksi organellia on tunnistettu aksonien retrogradisiksi kuljettajiksi: pyöreät vesikkelit ja tubulo-vesikkelirakenteet. Nämä rakenteet suojaavat TeNT:tä lysosomaaliselta hajoamiselta ja happamoitumiselta ja toimittavat sen CNS:n inhiboiviin interneuroneihin täysin aktiivisessa muodossa. Näihin tiettyihin organelleihin TeNT voi kiinnittyä neutrofiinireseptorin p75 (p75NTR) avulla, jota käytetään hermokasvutekijän (Nerve Growth Factor, NGF) retrogradisessa kuljetuksessa.
Gangliosidit
Gangliosidit kuuluvat glykosfingolipidien luokkaan, ja niitä tavataan pääasiassa hermokudoksissa. Gangliosidit koostuvat sialiinihaposta, joka on sidottu sokeriin (glukoosiin, galaktoosiin, GalNAciin, GlcNAciin ja/tai fruktoosiin), joka on kiinnittynyt keramidi-perustaan. Nämä gangliosidit muodostavat noin 10 % neuronin kokonaislipidipitoisuudesta, ja muiden lipidien tavoin gangliosidit toimivat solun signaalinsiirrossa.
Tetanospasmiini (TeNT)
Tetanospasmiini on 150 kDa:n toksiini, joka koostuu yhdestä kevyestä ketjusta (50 kDa) ja yhdestä raskaasta ketjusta (100 kDa). Kevyt ketju vastaa molekyylin toksisuudesta, kun taas raskas ketju vastaa toksiinin sitoutumisesta aksonikalvoihin. Raskas ketju voi myös pilkkoutua kahdeksi fragmentiksi Hn ja Hc. Hn-fragmentti vastaa kevyen ketjun translokaatiosta aksonikalvon läpi, kun taas Hc-fragmentti sitoutuu aksonikalvoon.
Hc:n ja gangliosidien vuorovaikutus
Kolmen kopion päällekkäisyys TeNT:n Hc-rakenteesta. Tämä kuva auttaa havainnollistamaan tetanospasminin Hc-fragmentin kaksi erillistä ja erillistä domeenia.
Hc:llä on kaksi erillistä domeenia:
Gangliosidi GT1-b.
1.Jelly-roll (aminopää)
2.β-Trefoil (karboksyylipää)
Tutkimukset ovat osoittaneet, että β-trefoil-domeenissa on gangliosidien sitoutumiskohdat.
Sitoutumistutkimukset ovat osoittaneet, että tietty gangliosidi, GT1-b, on välttämätön tetanospasminin (TeNT) Hc-fragmentin sitoutumiselle. GT1-b-gangliosidista valmistettiin analogi liukoisuuden lisäämiseksi, koska Hc:n ja natiivin GT1-b:n kiderakennetta ei voitu saada.
GT1-b-analogi, jota käytettiin sitoutumaan Hc-fragmenttiin tässä tutkimuksessa. Analogi eroaa natiivista GT1-b:stä siten, että Sia6 on β-anomeri ja keramidiryhmä on korvattu.
Hc-fragmentilla on kaksi sitoutumiskohtaa β-trefoil-domeenissa:
Tämässä paikassa muodostuu kapea urautuma, johon voi muodostua useita vetysidoksia.
Yleisiä vetysidoksia muodostuu His1271:n sivuketjun ja Gal4:n OH-6:n, OH-4:n ja O-5:n sekä Thr1270:n pääketjun karbonyylihapen ja Gal4:n OH-4:n välille. GalNAc3 on vuorovaikutuksessa vetysidoksen kautta OH-4:n jaAsp1222 OD:n sekä OH-4:n ja His1271:n välillä. Tässä kohdassa tapahtuu myös galaktoosia sisältävää rengaspinoutumista.
Tässä kohdassa muodostuu matala tasku, jossa tapahtuu vetysidoksia.
Yleisesti vetysidoksia muodostuu Asp1147:n OD-1:n ja OD-2:n sekä Asp1147:n O-4:n ja Sia6:n asetamido-N-5:n välille ja Asn1216:n ND-2:n ja Sia6:n O-10:n välille. Suolasilta muodostuu myös Arg1226:n ja Sia7:n sialiinihapon välille, samoin karboksylaattiryhmän ja vetysidoksia O-1A:n ja Asn1216:n amidi-NH:n välille, O-4:n ja Asp1214:n karbonyylihapen välille sekäOH-8:n ja Tyr1229:n hydroksyyliryhmän välille Sia7:ssä.
Mallinnus viittaa siihen, että gangliosidin kahden varren vuorovaikutus useampien kuin yhdelle Hc-frakmentin kanssa on mahdollista. Tämä voi johtaa toksiinin klusteroitumiseen ja ristisilloittumiseen ja tehostaa prosessin internalisaatiota tai toksiinin ottoa aksonikalvon läpi. Toiset viittaavat siihen, että TeNT voi suoraan yhdistää kaksi gangliosidia ristiin sen yhden proteiinidomeenin kautta, mikä myös tehostaa toksiinin imeytymistä. Sitoutumalla yhteen tai molempiin kohtiin tetanospasminin Hc-fragmentti pystyy siis menestyksekkäästi auttamaan muuta tetanospasminimolekyyliä pääsemään inhiboivien interneuronien sytoplasmaan.