Struttura del frammento Hc della tossina del tetano complessato con un analogo sintetico GT1b e fosfato (voce PDB 1fv2)
Contenuti
- 1 Clostidium tetani
- 2 Trasporto retrogrado Trasporto assonale
- 3 Gangliosidi
- 4 Tetanospasmina (TeNT)
- 5 Interazione Hc e Ganglioside
Clostidium tetani
Il bacillo Gram positivo Clostridium tetani è il batterio responsabile della malattia del tetano. La presenza del batterio non causa la malattia, ma le tossine che produce causano lo stato di malattia. C. tetani produce due tossine: tetanospasmina e tetanolisina o tentoxylysin. La tetanolisina è una citolisina che aumenta la permeabilità delle membrane cellulari attraverso la lisi cellulare. La tetanospasmina è la causa del tetano ed è talvolta chiamata neurotossina tetanica (TeNT), poiché agisce sul sistema nervoso centrale. La tetanospasmina si fa strada verso il sistema nervoso centrale attraverso il flusso assonale retrogrado, iniziando dai motoneuroni α che si trovano nei muscoli e finendo per legarsi ai gangliosidi che si trovano nel sistema nervoso centrale (SNC).
Meccanismo d’azione della tetanospasmina.
Trasporto assonale retrogrado
Dopo l’internalizzazione nella membrana del neurone α-motore TeNT è trasportato tramite trasporto assonale retrogrado. Il trasporto assonale retrogrado è un processo normale all’interno delle membrane cellulari dei neuroni che permette loro di rimuovere e riciclare i detriti cellulari dagli assoni. Due organelli sono stati identificati come trasportatori retrogradi all’interno degli assoni: vescicole rotonde e strutture tubulo-vescicolari. Queste strutture lavorano per proteggere TeNT dalla degradazione lisosomiale e dall’acidificazione, consegnandolo agli interneuroni inibitori del SNC in una forma completamente attiva. Questi particolari organelli possono attaccare TeNT tramite un recettore neutrofilo p75 (p75NTR), che è usato nel trasporto retrogrado Nerve Growth Factor (NGF).
Gangliosidi
Gangliosidi sono nella categoria dei glicosfingolipidi e si trovano prevalentemente nei tessuti neuronali. I gangliosidi sono costituiti da acido sialico legato a uno zucchero (glucosio, galattosio, GalNAc, GlcNAc e/o fruttosio) attaccato a una base di ceramide. Questi gangliosidi costituiscono circa il 10% del contenuto lipidico totale di un neurone e, come altri lipidi, i gangliosidi funzionano nella trasduzione del segnale cellulare.
Tetanospasmina (TeNT)
Tetanospasmina è una tossina di 150 kDa composta da una catena leggera (50-kDa) e una catena pesante (100-kDa). La catena leggera è responsabile della tossicità della molecola, mentre la catena pesante è responsabile del legame della tossina alle membrane assonali. La catena pesante può anche essere scissa in 2 frammenti Hn e Hc. Il frammento Hn è responsabile della traslocazione della catena leggera attraverso la membrana assonale, mentre il frammento Hc si lega alla membrana assonale.
Interazione Hc e Ganglioside
Una sovrapposizione di tre copie della struttura Hc di TeNT. Questa immagine aiuta a illustrare i due domini separati e distinti del frammento Hc della tetanospasmina.
Hc ha due domini distinti:
Ganglioside GT1-b.
1.Jelly-roll (estremità amminica)
2.β-Trefoil (estremità carbossilica)
Studi hanno dimostrato che il dominio β-trefoil contiene i siti di legame dei gangliosidi.
Studi di legame hanno dimostrato che un particolare ganglioside, GT1-b, è necessario per il legame del frammento Hc della tetanospasmina (TeNT). Un analogo del ganglioside GT1-b è stato realizzato per aumentare la solubilità perché non è stato possibile ottenere una struttura cristallina dell’Hc e del GT1-b nativo.
GT1-b analogo che è stato utilizzato per legarsi al frammento Hc in questo studio. L’analogo differisce dal GT1-b nativo in quanto Sia6 è il β-anomero e il gruppo ceramide è stato sostituito.
Il frammento Hc ha due siti di legame nel dominio β-trefoil:
In questo sito si forma uno stretto solco dove si possono formare diversi legami idrogeno.
I legami a idrogeno comuni si formano tra la catena laterale di His1271 e OH-6, OH-4 e O-5 di Gal4 e tra l’ossigeno carbonile della catena principale di Thr1270 e OH-4 di Gal4. GalNAc3 interagisce tramite un legame a idrogeno tra OH-4 eAsp1222 OD e tra OH-4 e His1271. In questo sito si verifica anche un ring stacking che coinvolge il galattosio.
In questo sito si forma una tasca poco profonda dove si verifica il legame a idrogeno.
Comunemente si formano legami a idrogeno tra OD-1 e OD-2 di Asp1147 e O-4 e l’acetamido-N-5 di Sia6 e tra ND-2 di Asn1216 e O-10 di Sia6. Un ponte salino si forma anche tra Arg1226 e l’acido sialico di Sia7, anche il gruppo carbossilato e legami idrogeno tra O-1A e l’ammide NH di Asn1216; tra O-4 e l’ossigeno carbonilico di Asp1214; e traOH-8 e il gruppo idrossilico Tyr1229 su Sia7.
La modellazione suggerisce che è possibile che i due bracci del ganglioside interagiscano con più di un frammento Hc. Questo può risultare nel raggruppamento e nella reticolazione della tossina e migliorare l’internalizzazione del processo o l’assorbimento della tossina attraverso la membrana assonale. Altri suggeriscono che TeNT può direttamente reticolare due gangliosidi attraverso il suo singolo dominio proteico che migliora anche l’assorbimento della tossina. Quindi, legandosi a uno o a entrambi i siti, il frammento Hc della tetanospasmina è in grado di assistere con successo il resto della molecola di tetanospasmina nel guadagnare l’accesso al citoplasma degli interneuroni inibitori.