Struktura fragmentu Hc toksyny tężcowej skompleksowanego z syntetycznym analogiem GT1b i fosforanem (wpis PDB 1fv2)
Zawartość
- 1 Clostidium tetani
- 2 Transport wsteczny Transport aksonalny
- 3 Gangliozydy
- 4 Tetanospasmina (TeNT)
- 5 Interakcje Hc i gangliozydów
Clostidium tetani
Bakteria Gram dodatnia Clostridium tetani jest bakterią odpowiedzialną za stan chorobowy tężca. Obecność bakterii nie powoduje choroby, ale zamiast tego toksyny, które produkuje powodują stan chorobowy. C. tetani wytwarza dwie toksyny: tetanospazminę i tetanolizynę lub tentoksylizynę. Tetanolizyna jest cytolizyną, która zwiększa przepuszczalność błon komórkowych w wyniku lizy komórek. Tetanospasmina jest przyczyną tężca i jest czasami określana jako neurotoksyna tężcowa (TeNT), ponieważ działa na centralny układ nerwowy. Tetanospasmina przedostaje się do ośrodkowego układu nerwowego poprzez wsteczny przepływ aksonalny rozpoczynający się od α- neuronów ruchowych występujących w mięśniach i kończący się wiązaniem z gangliozydami występującymi w ośrodkowym układzie nerwowym (OUN).
Mechanizm działania tetanospasminy.
Retrograde Axonal Transport
Po internalizacji do błony α neuronu ruchowego TeNT jest transportowany poprzez retrograde axonal transport. Transport aksonalny wsteczny jest normalnym procesem zachodzącym w błonach komórkowych neuronów, który umożliwia im usuwanie i recykling resztek komórkowych z aksonów. Dwie organelle zostały zidentyfikowane jako nośniki wsteczne w aksonach: pęcherzyki okrągłe i struktury tubulo-pęcherzykowe. Struktury te chronią TeNT przed degradacją lizosomalną i zakwaszeniem, dostarczając go w pełni aktywnej formie do interneuronów hamujących w OUN. Te szczególne organelle mogą przyłączać TeNT przez receptor neutrofiny p75 (p75NTR), który jest używany w transporcie wstecznym Czynnika Wzrostu Nerwów (NGF).
Gangliozydy
Gangliozydy należą do kategorii glikosfingolipidów i występują głównie w tkankach neuronalnych. Gangliozydy składają się z kwasu sialowego połączonego z szkieletem cukrowym (glukoza, galaktoza, GalNAc, GlcNAc i/lub fruktoza) dołączonym do podstawy ceramidowej. Te gangliozydy stanowią około 10% całkowitej zawartości lipidów w neuronie i podobnie jak inne lipidy, gangliozydy funkcjonują w transdukcji sygnału komórkowego.
Tetanospasmina (TeNT)
Tetanospasmina jest toksyną o masie 150-kDa, która składa się z jednego łańcucha lekkiego (50-kDa) i jednego łańcucha ciężkiego (100-kDa). Łańcuch lekki jest odpowiedzialny za toksyczność cząsteczki, podczas gdy łańcuch ciężki odpowiada za wiązanie toksyny z błonami aksonalnymi. Łańcuch ciężki może być również rozszczepiony na 2 fragmenty Hn i Hc. Fragment Hn jest odpowiedzialny za translokację łańcucha lekkiego przez błonę aksonalną, podczas gdy fragment Hc wiąże się z błoną aksonalną.
Interakcja Hc i gangliozydów
Nakładanie się trzech kopii struktury TeNT Hc. Ten obraz pomaga zilustrować dwie oddzielne i odrębne domeny fragmentu Hc tetanospasminy.
Hc ma dwie odrębne domeny:
Gangliozyd GT1-b.
1.Jelly-roll (koniec aminowy)
2.β-Trefoil (koniec karboksylowy)
Badania wykazały, że domena β-trefoil zawiera miejsca wiązania gangliozydów.
Badania wiązania wykazały, że szczególny gangliozyd, GT1-b, jest niezbędny do wiązania fragmentu Hc tetanospasminy (TeNT). Analog gangliozydu GT1-b został wykonany w celu zwiększenia rozpuszczalności, ponieważ nie można było uzyskać struktury krystalicznej Hc i natywnego GT1-b.
Analog GT1-b, który został użyty do związania się z fragmentem Hc w tym badaniu. Analog ten różni się od natywnego GT1-b tym, że Sia6 jest β-anomerem, a grupa ceramidowa została zastąpiona.
Fragment Hc ma dwa miejsca wiążące w domenie β-trefoil:
W tym miejscu tworzy się wąski rowek, w którym może powstać szereg wiązań wodorowych.
Wspólne wiązania wodorowe tworzą się między łańcuchem bocznym His1271 a OH-6, OH-4 i O-5 Gal4 oraz między tlenem karbonylowym łańcucha głównego Thr1270 a OH-4 Gal4. GalNAc3 oddziałuje poprzez wiązanie wodorowe pomiędzy OH-4 i Asp1222 OD oraz pomiędzy OH-4 i His1271. Układanie pierścieni z udziałem galaktozy również występuje w tym miejscu.
W tym miejscu powstaje płytka kieszeń, w której występuje wiązanie wodorowe.
Często tworzą się wiązania wodorowe między OD-1 i OD-2 Asp1147 i O-4 i acetamido-N-5 Sia6 oraz między ND-2 Asn1216 i O-10 Sia6. Mostek solny tworzy się również między Arg1226 i kwasem sialowym Sia7, również grupą karboksylanową i wiązaniami wodorowymi między O-1A i amidem NH Asn1216; między O-4 i tlenem karbonylowym Asp1214; i międzyOH-8 i grupą hydroksylową Tyr1229 na Sia7.
Modelowanie sugeruje, że możliwe jest, aby dwa ramiona gangliozydu oddziaływały z więcej niż jednym fragmentem Hc. Może to skutkować grupowaniem i usieciowaniem toksyny oraz wzmocnić proces internalizacji lub wychwytu toksyny przez błonę aksonalną. Inni sugerują, że TeNT może bezpośrednio wiązać krzyżowo dwa gangliozydy poprzez swoją pojedynczą domenę białkową, co również zwiększa wchłanianie toksyny. Zatem poprzez wiązanie w jednym lub obu miejscach, fragment Hc tetanospasminy jest w stanie skutecznie pomóc reszcie cząsteczki tetanospasminy w uzyskaniu dostępu do cytoplazmy interneuronów hamujących.