Struktur af tetanustoksin Hc-fragment kompleks med en syntetisk GT1b-analog og fosfat (PDB entry 1fv2)
Indhold
- 1 Clostidium tetani
- 2 Retrograds Axonal transport
- 3 Gangliosider
- 4 Tetanospasmin (TeNT)
- 5 Hc og gangliosidinteraktion
Clostidium tetani
Den grampositive bacille Clostridium tetani er den bakterie, der er ansvarlig for sygdomstilstanden tetanus. Tilstedeværelsen af bakterien er ikke årsag til sygdommen, men i stedet er det de toksiner, den producerer, der forårsager sygdomstilstanden. C. tetani producerer to toksiner: tetanospasmin og tetanolysin eller tentoxylysin. Tetanolysin er et cytolysin, der øger permeabiliteten af cellemembraner gennem cellelysis. Tetanospasmin er årsag til tetanus og kaldes undertiden tetanusneurotoksin (TeNT), da det virker på centralnervesystemet. Tetanospasmin finder vej til centralnervesystemet via retrograd axonal strømning, der begynder med α-motoriske neuroner, der findes i musklerne, og slutter ved at binde sig til gangliosider, der findes i centralnervesystemet (CNS).
Virkningsmekanisme for Tetanospasmin.
Retrograd aksional transport
Efter internalisering i α-motorisk neurons membran transporteres TeNT via retrograd aksional transport. Retrograd axonal transport er en normal proces i neuronernes cellemembraner, der gør det muligt for dem at fjerne og genbruge celleaffald fra axoner. To organeller er blevet identificeret som retrograde transportører i axoner: runde vesikler og tubulo-vesikulære strukturer. Disse strukturer beskytter TeNT mod lysosomal nedbrydning og forsuring og leverer det til de inhiberende interneuroner i CNS i en fuldt aktiv form. Disse særlige organeller kan knytte TeNT ved hjælp af en neutrofinreceptor p75 (p75NTR), som anvendes i den retrograde transport Nerve Growth Factor (NGF).
Gangliosider
Gangliosider er i kategorien af glykosfingolipider og findes overvejende i neuronale væv. Gangliosider består af sialinsyre bundet til et sukker (glukose, galaktose, GalNAc, GlcNAc og/eller fructose), der er bundet til en ceramidbase. Disse gangliosider udgør ca. 10 % af et neurons samlede lipidindhold, og ligesom andre lipider fungerer gangliosider i cellens signaltransduktion.
Tetanospasmin (TeNT)
Tetanospasmin er et 150 kDa-toksin, der er sammensat af en let kæde (50 kDa) og en tung kæde (100 kDa). Den lette kæde er ansvarlig for molekylets toksicitet, mens den tunge kæde er ansvarlig for at binde toksinet til de axonale membraner. Den tunge kæde kan også spaltes i to fragmenter Hn og Hc. Hn-fragmentet er ansvarlig for translokationen af den lette kæde på tværs af den axonale membran, mens Hc-fragmentet binder til den axonale membran.
Hc og gangliosid-interaktion
Et overlap af tre kopier af TeNT Hc-strukturen. Dette billede er med til at illustrere de to separate og adskilte domæner af Hc-fragmentet af tetanospasmin.
Hc har to adskilte domæner:
Gangliosid GT1-b.
1.Jelly-roll (aminoende)
2.β-trefoil (carboxylende)
Studier har vist, at β-trefoil domænet indeholder gangliosidbindingsstederne.
Bindingsundersøgelser har vist, at et bestemt gangliosid, GT1-b, er nødvendigt for bindingen af Hc-fragmentet af tetanospasmin (TeNT). Der blev fremstillet en analog af GT1-b-gangliosidet for at øge opløseligheden, fordi der ikke kunne opnås en krystalstruktur af Hc og det native GT1-b.
GT1-b-analog, som blev anvendt til at binde til Hc-fragmentet i denne undersøgelse. Analoget adskiller sig fra den native GT1-b ved, at Sia6 er β-anomer, og ceramidgruppen er blevet erstattet.
Hc-fragmentet har to bindingssteder i β-trefoliedomænet:
På dette sted dannes en smal rille, hvor der kan dannes en række hydrogenbindinger.
Fælles hydrogenbindinger dannes mellem sidekæden af His1271 og OH-6, OH-4 og O-5 af Gal4 og mellem hovedkædens carbonylsyre af Thr1270 og OH-4 af Gal4. GalNAc3 interagerer via en hydrogenbinding mellem OH-4 ogAsp1222 OD og mellem OH-4 og His1271. Ringstacking, der involverer galactose, forekommer også på dette sted.
På dette sted dannes en lavvandet lomme, hvor hydrogenbinding forekommer.
Hyppigt dannes der hydrogenbindinger mellem OD-1 og OD-2 af Asp1147 og O-4 og acetamido-N-5 af Sia6 og mellem ND-2 af Asn1216 og O-10 af Sia6. Der dannes også en saltbro mellem Arg1226 og sialinsyren på Sia7, også carboxylatgruppen og hydrogenbindinger mellem O-1A og amid-NH på Asn1216; mellem O-4 og carbonylsyren på Asp1214; og mellemOH-8 og Tyr1229 hydroxylgruppen på Sia7.
Modellering tyder på, at det er muligt for de to arme af gangliosidet at interagere med mere end ét Hc-fragment. Dette kan resultere i klynge- og tværbinding af toksinet og forbedre processen internalisering eller optag af toksinet gennem den axonale membran. Andre foreslår, at TeNT direkte kan krydskoble to gangliosider gennem sit enkelt proteindomæne, hvilket også forbedrer optagelsen af toksinet. Ved at binde på et eller begge steder er Hc-fragmentet af tetanospasmin derfor i stand til at hjælpe resten af tetanospasmin-molekylet med at få adgang til cytoplasmaet i de hæmmende interneuroner.