Struktur av Tetanustoxin Hc-fragmentet komplexerat med en syntetisk GT1b-analog och fosfat (PDB entry 1fv2)
Innehåll
- 1 Clostidium tetani
- 2 Retrograd Axonal transport
- 3 Gangliosider
- 4 Tetanospasmin (TeNT)
- 5 Hc- och gangliosidinteraktion
Clostidium tetani
Den grampositiva bacillen Clostridium tetani är den bakterie som ansvarar för sjukdomstillståndet tetanus. Närvaron av bakterien orsakar inte sjukdomen, utan det är i stället de toxiner som den producerar som orsakar sjukdomstillståndet. C. tetani producerar två toxiner; tetanospasmin och tetanolysin eller tentoxylysin. Tetanolysin är ett cytolysin som ökar cellmembranens permeabilitet genom celllys. Tetanospasmin är orsaken till stelkramp och kallas ibland för tetanusneurotoxin (TeNT) eftersom det verkar på det centrala nervsystemet. Tetanospasmin tar sig till det centrala nervsystemet via ett retrograd axonalt flöde som börjar med α- motorneuroner som finns i musklerna och slutar genom att binda till gangliosider som finns i det centrala nervsystemet (CNS).
Aktionsmekanism för Tetanospasmin.
Retrograd axonal transport
Efter internalisering i α-motorneuronens membran transporteras TeNT via retrograd axonal transport. Retrograd axonal transport är en normal process inom neuronernas cellmembran som gör det möjligt för dem att avlägsna och återvinna cellrester från axonerna. Två organeller har identifierats som retrograda transportörer i axonerna: runda vesiklar och tubulo-vesikulära strukturer. Dessa strukturer arbetar för att skydda TeNT från lysosomal nedbrytning och försurning och levererar det till de hämmande internuronerna i CNS i en fullt aktiv form. Dessa särskilda organeller kan fästa TeNT genom en neutrofinreceptor p75 (p75NTR), som används vid den retrograda transporten Nerve Growth Factor (NGF).
Gangliosider
Gangliosider ingår i kategorin glykosfingolipider och finns främst i neuronala vävnader. Gangliosider består av sialinsyra som är kopplad till ett socker (glukos, galaktos, GalNAc, GlcNAc och/eller fruktos) som är knutet till en ceramidbas. Dessa gangliosider utgör cirka 10 % av en neurons totala lipidinnehåll och liksom andra lipider fungerar gangliosider i cellens signaltransduktion.
Tetanospasmin (TeNT)
Tetanospasmin är ett 150 kDa-toxin som består av en lätt kedja (50 kDa) och en tung kedja (100 kDa). Den lätta kedjan är ansvarig för molekylens toxicitet, medan den tunga kedjan är ansvarig för att binda toxinet till de axonala membranen. Den tunga kedjan kan också klyvas i två fragment Hn och Hc. Hn-fragmentet ansvarar för translokationen av den lätta kedjan över det axonala membranet, medan Hc-fragmentet binder till det axonala membranet.
Hc och gangliosidinteraktion
En överlappning av tre kopior av TeNT:s Hc-struktur. Denna bild illustrerar de två separata och distinkta domänerna i Hc-fragmentet av tetanospasmin.
Hc har två distinkta domäner:
Gangliosid GT1-b.
1.Jelly-roll (aminoändan)
2.β-Trefoil (karboxyländan)
Studier har visat att β-trefoliedomänen innehåller bindningsställena för gangliosider.
Bindningsstudier har visat att en viss gangliosid, GT1-b, är nödvändig för bindningen av Hc-fragmentet av tetanospasmin (TeNT). En analog av gangliosiden GT1-b tillverkades för att öka lösligheten eftersom en kristallstruktur av Hc och nativ GT1-b inte kunde erhållas.
GT1-b-analog som användes för att binda till Hc-fragmentet i denna studie. Analogin skiljer sig från den ursprungliga GT1-b genom att Sia6 är β-anomer och ceramidgruppen har ersatts.
Hc-fragmentet har två bindningsställen i β-trefoliedomänen:
På detta ställe bildas ett smalt spår där ett antal vätebindningar kan bildas.
Gemensamma vätebindningar bildas mellan sidokedjan i His1271 och OH-6, OH-4 och O-5 i Gal4 och mellan huvudkedjans karbonylsyre i Thr1270 och OH-4 i Gal4. GalNAc3 interagerar via en vätebindning mellan OH-4 ochAsp1222 OD och mellan OH-4 och His1271. Ringstapling som involverar galaktos förekommer också på denna plats.
På denna plats bildas en grund ficka där vätebindning förekommer.
Hälsobindningar bildas vanligen mellan OD-1 och OD-2 av Asp1147 och O-4 och acetamido-N-5 av Sia6 och mellan ND-2 av Asn1216 och O-10 av Sia6. En saltbrygga bildas också mellan Arg1226 och sialinsyran i Sia7, även karboxylatgruppen och vätebindningar mellan O-1A och amid-NH i Asn1216; mellan O-4 och karbonylsyran i Asp1214; och mellanOH-8 och Tyr1229 hydroxylgrupp på Sia7.
Modellering tyder på att det är möjligt att de två armarna av gangliosiden kan interagera med mer än ett Hc-fragment. Detta kan resultera i klusterbildning och tvärbindning av toxinet och förbättra processen för internalisering eller upptag av toxinet genom det axonala membranet. Andra föreslår att TeNT direkt kan korslänka två gangliosider genom sin enda proteindomän, vilket också förbättrar upptaget av toxinet. Genom att binda på en eller båda platserna kan därför Hc-fragmentet av tetanospasmin framgångsrikt hjälpa resten av tetanospasminmolekylen att få tillgång till cytoplasman hos de inhiberande internuronerna.