Structuur van tetanustoxine Hc fragment gecomplexeerd met een synthetisch GT1b analoog en fosfaat (PDB entry 1fv2)
Inhoud
- 1 Clostidium tetani
- 2 Retrograde Axonaal Transport
- 3 Gangliosiden
- 4 Tetanospasmine (TeNT)
- 5 Hc en Ganglioside Interactie
Clostidium tetani
De Gram-positieve bacil Clostridium tetani is de bacterie die verantwoordelijk is voor de ziekteverschijnselen tetanus. De aanwezigheid van de bacterie is niet de oorzaak van de ziekte, maar de toxinen die hij produceert veroorzaken de ziekte. C. tetani produceert twee toxinen: tetanospasmine en tetanolysine of tentoxylysine. Tetanolysine is een cytolysine dat de permeabiliteit van celmembranen verhoogt door cellysis. Tetanospasmine is de oorzaak van tetanus en wordt ook wel tetanus-neurotoxine (TeNT) genoemd, omdat het op het centrale zenuwstelsel werkt. Tetanospasmine vindt zijn weg naar het centrale zenuwstelsel via retrograde axonale stroming, beginnend bij α-motorneuronen in de spieren en eindigend door binding aan gangliosiden in het centrale zenuwstelsel (CZS).
Werkingsmechanisme voor Tetanospasmine.
Retrograde axonaal transport
Na internalisatie in het membraan van het α-motorneuron wordt TeNT getransporteerd via retrograde axonaal transport. Retrograde axonaal transport is een normaal proces binnen de celmembranen van neuronen dat hen in staat stelt cellulair debris uit axonen te verwijderen en te recyclen. Twee organellen zijn geïdentificeerd als retrograde dragers binnen axonen: ronde vesikels en tubulo-vesiculaire structuren. Deze structuren beschermen TeNT tegen lysosomale afbraak en verzuring en leveren het in volledig actieve vorm af aan de remmende interneuronen van het CZS. Deze bijzondere organellen kunnen TeNT vastmaken door een neutrofine receptor p75 (p75NTR), die wordt gebruikt in het retrograde transport Nerve Growth Factor (NGF).
Gangliosiden
Gangliosiden behoren tot de categorie van glycosfingolipiden en worden overwegend aangetroffen in neuronale weefsels. Gangliosiden bestaan uit siaalzuur gekoppeld aan een suiker (glucose, galactose, GalNAc, GlcNAc en/of fructose) ruggengraat vastgemaakt aan een ceramide basis. Deze gangliosiden maken ongeveer 10% uit van het totale lipidegehalte van een neuron en net als andere lipiden fungeren gangliosiden bij de signaaltransductie van de cel.
Tetanospasmine (TeNT)
Tetanospasmine is een 150-kDa toxine dat is samengesteld uit een lichte keten (50-kDa) en een zware keten (100-kDa). De lichte keten is verantwoordelijk voor de toxiciteit van het molecuul, terwijl de zware keten verantwoordelijk is voor de binding van het toxine aan de axonale membranen. De zware keten kan ook worden gesplitst in 2 fragmenten Hn en Hc. Het Hn fragment is verantwoordelijk voor de translocatie van de lichte keten over het axonale membraan, terwijl het Hc fragment zich bindt aan het axonale membraan.
Hc en Ganglioside Interactie
Een overlap van drie kopieën van de TeNT Hc structuur. Deze afbeelding illustreert de twee afzonderlijke en onderscheiden domeinen van het Hc-fragment van tetanospasmine.
Hc heeft twee verschillende domeinen:
Ganglioside GT1-b.
1.Jelly-roll (amino uiteinde)
2.β-Trefoil (carboxyl uiteinde)
Studies hebben aangetoond dat het β-trefoil domein de ganglioside bindingsplaatsen bevat.
Bindingstudies hebben aangetoond dat een bepaald ganglioside, GT1-b, noodzakelijk is voor de binding van het Hc-fragment van tetanospasmine (TeNT). Een analoog van de GT1-b ganglioside werd gemaakt om de oplosbaarheid te vergroten, omdat geen kristalstructuur van het Hc en het natieve GT1-b kon worden verkregen.
GT1-b-analoog dat in deze studie is gebruikt om aan het Hc-fragment te binden. Het analoog verschilt van het oorspronkelijke GT1-b doordat Sia6 het β-anomeer is en de ceramidegroep is vervangen.
Het Hc-fragment heeft twee bindingsplaatsen in het β-trefoil-domein:
Op deze plaats wordt een smalle groef gevormd waar zich een aantal waterstofbruggen kan vormen.
Gemeenschappelijke waterstofbruggen worden gevormd tussen de zijketen van His1271 en OH-6, OH-4 en O-5 van Gal4 en tussen de carbonylzuurstof van de hoofdketen van Thr1270 en OH-4 van Gal4. GalNAc3 interageert via een waterstofbrug tussen OH-4 en Asp1222 OD en tussen OH-4 en His1271. Ringstapeling met galactose komt ook voor op deze plaats.
Op deze plaats wordt een ondiepe zak gevormd waar waterstofbruggen optreden.
Gewoonlijk vormen zich waterstofbruggen tussen OD-1 en OD-2 van Asp1147 en O-4 en de acetamido-N-5 van Sia6 en tussen ND-2 van Asn1216 en O-10 van Sia6. Een zoutbrug wordt ook gevormd tussen Arg1226 en het siaalzuur van Sia7, ook de carboxylaatgroep en waterstofbruggen tussen O-1A en de amide NH van Asn1216; tussen O-4 en de carbonylzuurstof van Asp1214; en tussenOH-8 en de hydroxylgroep van Tyr1229 op Sia7.
Modellering suggereert dat het mogelijk is dat de twee armen van het ganglioside met meer dan één Hc-fragment interageren. Dit kan resulteren in clustering en crosslinking van het toxine en het proces van internalisatie of opname van het toxine door het axonale membraan bevorderen. Anderen suggereren dat TeNT rechtstreeks twee gangliosiden kan crosslinken via zijn enkelvoudige eiwitdomein, waardoor ook de opname van het toxine wordt bevorderd. Door op één of beide plaatsen te binden is het Hc-fragment van tetanospasmine dus in staat de rest van het tetanospasmin-molecuul te helpen bij het verkrijgen van toegang tot het cytoplasma van de remmende interneuronen.