Toxina tetânica

Estrutura do fragmento de toxina tetânica Hc complexado com um análogo sintético GT1b e fosfato (entrada PDB 1fv2)

• 1 Clostidium tetani
• 2 Retrogrado Transporte Axonal
• 3 Gangliosides
• 4 Tetanospasmin (TeNT)
• 5 Hc e Ganglioside Interaction

Clostidium tetani

Os bacilos Gram positivos Clostridium tetani são as bactérias responsáveis pelo estado da doença do tétano. A presença da bactéria não causa a doença, mas sim as toxinas que ela produz, que causam o estado da doença. C. tetani produz duas toxinas; tetanospasina e tetanolisina ou tentoxilisina. A tetanolisina é uma citolisina que aumenta a permeabilidade das membranas celulares através da lise celular. A tetanospasina é a causa do tétano e é por vezes referida como neurotoxina do tétano (TeNT), uma vez que actua sobre o sistema nervoso central. A tetanospasina chega ao sistema nervoso central via fluxo axonal retrógrado começando por α- neurônios motores encontrados no músculo e terminando por ligação a gangliosídeos encontrados no sistema nervoso central (SNC).

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Transporte Axonal Retrógrado

Após a internalização na membrana do neurônio motor α, a TeNT é transportada através de transporte axonal retrógrado. O transporte axonal retrógrado é um processo normal dentro das membranas celulares dos neurônios que lhes permite remover e reciclar os detritos celulares dos axônios. Duas organelas foram identificadas como portadoras retrógradas dentro dos axônios: vesículas redondas e estruturas tubulo-vesiculares. Estas estruturas trabalham para proteger a TeNT da degradação lisossômica e da acidificação, entregando-a aos interneurônios inibitórios do SNC de forma totalmente ativa. Estas organelas particulares podem fixar a TeNT por um receptor de neutrofina p75 (p75NTR), que é usado no Fator de Crescimento do Nervo de transporte retrógrado (FNG).

Gangliosides

Gangliosides estão na categoria dos glicosfingolipídios e são encontrados predominantemente nos tecidos neuronais. Os gangliosídios consistem em ácido siálico ligado a uma base de açúcar (glicose, galactose, GalNAc, GlcNAc e/ou frutose) ligada a uma base de ceramida. Estes gangliosides constituem aproximadamente 10% do conteúdo lipídico total de um neurônio e como outros lipídios, os gangliosides funcionam na transdução do sinal celular.

Tetanospasmin (TeNT)

Tetanospasmin é uma toxina de 150-kDa que é composta por uma cadeia leve (50-kDa) e uma cadeia pesada (100-kDa). A cadeia leve é responsável pela toxicidade da molécula, enquanto que a cadeia pesada é responsável pela ligação da toxina às membranas axonais. A cadeia pesada também pode ser clivada em 2 fragmentos de Hn e Hc. O fragmento Hn é responsável pela translocação da cadeia leve através da membrana axonal, enquanto o fragmento Hc se liga à membrana axonal.

Interacção Hc e Ganglioside

Hc tem dois domínios distintos:

1.Jelly-roll (amino end)

2.β-Trefoil (carboxyl end)

Estudos mostraram que o domínio β-trefoil contém os sites de ligação de ganglioside.

Estudos de ligação mostraram que um determinado ganglioside, GT1-b, é necessário para a ligação do fragmento Hc de tetanospasmin (TeNT). Um análogo do ganglioside GT1-b foi feito para aumentar a solubilidade porque uma estrutura cristalina do Hc e do GT1-b nativo não pôde ser obtida.

O fragmento de Hc tem dois sites de ligação no domínio β-trefoil:

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Neste site forma-se uma ranhura estreita onde se podem formar várias ligações de hidrogénio.

As ligações comuns de hidrogênio são formadas entre a cadeia lateral de His1271 e OH-6, OH-4 e O-5 de Gal4 e entre a cadeia principal de oxigênio carbonilo de Thr1270 e OH-4 de Gal4. GalNAc3 interage através de uma ligação de hidrogênio entre o diâmetro externo OH-4 e Asp1222 e entre o OH-4 e o His1271. O empilhamento do anel envolvendo galactose também ocorre neste local.

Neste local forma-se uma bolsa rasa onde ocorre a ligação de hidrogênio.

Comumente se formam ligações de hidrogênio entre OD-1 e OD-2 de Asp1147 e O-4 e o acetamido-N-5 de Sia6 e entre ND-2 de Asn1216 e O-10 de Sia6. Uma ponte salina também se forma entre Arg1226 e o ácido siálico de Sia7, também o grupo carboxilato e as ligações de hidrogênio entre O-1A e a amida NH de Asn1216; entre O-4 e o oxigênio carbonilo de Asp1214; e entre OH-8 e o grupo hidroxila de Tyr1229 de Sia7.

Modelagem sugere que é possível que os dois braços do ganglioside interajam com mais de um fragmento de Hc. Isto pode resultar no agrupamento e reticulação da toxina e aumentar o processo de internalização ou absorção da toxina através da membrana axonal. Outros sugerem que a TeNT pode ligar directamente dois gangliosídeos através do seu domínio proteico único, o que também aumenta a absorção da toxina. Portanto, ligando-se em um ou ambos os locais, o fragmento Hc de tetanospasina é capaz de ajudar com sucesso o resto da molécula de tetanospasina a obter acesso ao citoplasma dos interneurônios inibitórios.