Toxina AB5

Las toxinas AB 5 son complejos de proteínas de seis componentes secretados por ciertas bacterias patógenas que se sabe que causan enfermedades humanas como el cólera , la disentería y el síndrome hemolítico-urémico . Un componente se conoce como subunidad A y los cinco componentes restantes son subunidades B. Todas estas toxinas comparten una estructura y un mecanismo similares para ingresar a las células hospedadoras objetivo. La subunidad B es responsable de unirse a los receptores para abrir una vía para que la subunidad A ingrese a la célula. La subunidad A puede utilizar su maquinaria catalítica para asumir las funciones regulares de la célula huésped. [1] [2]

Enterotoxina (subunidad OB-veces B)
Identificadores
SímboloEnterotoxina
InterProIPR008992
SCOP22bos / SCOPe / SUPFAM

Diagrama de cinta de la toxina del cólera. Desde PDB : 1s5e .
Diagrama de cinta de la toxina pertussis. S1 es la subunidad A y S2-S5 forman la subunidad B. [3]
Diagrama de cinta de la toxina shiga (Stx) de Shigella dysenteriae , que muestra la estructura característica AB5. Una subunidad está en naranja y el complejo de subunidades B está en azul. Desde PDB : 1R4Q .

Hay cuatro familias principales de la toxina AB5. Estas familias se caracterizan por la secuencia de su subunidad A (catalítica), así como por su capacidad catalítica. [4]

Toxina del cólera

Esta familia también se conoce como Ct o Ctx, y también incluye la enterotoxina termolábil , conocida como LT. [5] Muchos atribuyen el descubrimiento de la toxina del cólera al Dr. Sambhu Nath De . Realizó su investigación en Calcuta (ahora Kolkata ) haciendo su descubrimiento en 1959, aunque fue purificada por primera vez por Robert Koch en 1883. La toxina del cólera está compuesta por un complejo de proteínas que es secretado por la bacteria Vibrio cholerae . [6] Algunos síntomas de esta toxina incluyen diarrea acuosa crónica y generalizada y deshidratación que, en algunos casos, conduce a la muerte.

Toxina de tos ferina

Esta familia también se conoce como Ptx y contiene la toxina responsable de la tos ferina . La toxina pertussis es secretada por la bacteria gram-negativa , Bordetella pertussis . La tos ferina es muy contagiosa y los casos están aumentando lentamente en los Estados Unidos a pesar de la vacunación. [7] Los síntomas incluyen tos paroxística con convulsiones e incluso vómitos. [8] La bacteria Bordetella pertussis fue identificada por primera vez como la causa de la tos ferina y aislada por Jules Bordet y Octave Gengou en Francia en 1900. [9] La toxina comparte su mecanismo con la toxina del cólera. [5]

La toxina ArtAB de Salmonella enterica tiene componentes similares a los que se encuentran en dos familias diferentes: la subunidad ArtA ( Q404H4 ) es homóloga con la toxina A de la tos ferina, mientras que la subunidad ArtB ( Q404H3 ) es homóloga con la subB así como con las proteínas que se encuentran en otras cepas de Salmonella . Según la regla de categorizar por A, es una toxina de la familia Ptx. [10] [4]

Toxina Shiga

La toxina Shiga, también conocida como Stx, es una toxina producida por Shigella dysenteriae y Escherichia coli (STEC) en forma de bastón . Los alimentos y bebidas contaminados con estas bacterias son la fuente de infección y la forma en que se propaga esta toxina. [11] Los síntomas incluyen dolor abdominal y diarrea acuosa. Los casos graves que ponen en peligro la vida se caracterizan por colitis hemorrágica (HC). [12] El descubrimiento de la toxina shiga se le atribuye al Dr. Kiyoshi Shiga en 1898.

Citotoxina subtilasa

Esta familia también se conoce como SubAB [4] y fue descubierta durante la década de 1990. [13] Se produce por cepas de STEC que no tienen el locus de borramiento de enterocitos (LEE), [14] y se sabe que causa el síndrome urémico hemolítico (SUH). Se denomina citotoxina subtilasa porque su secuencia de subunidad A es similar a la de una serina proteasa de tipo subtilasa en Bacillus anthracis . Algunos síntomas causados ​​por esta toxina son una disminución en el recuento de plaquetas en la sangre o trombocitopenia , un aumento en el recuento de glóbulos blancos o leucocitosis y daño de las células renales . [15]

La subunidad de citotoxina A subtilasa (subA, Q6EZC2 ) es una proteasa conocida por escindir la proteína de inmunoglobulina de unión (BiP), lo que provoca estrés en el retículo endoplásmico y muerte celular. Las subunidades B (subB, Q6EZC3 ) se unen a los glicanos del ácido N-glicolilneuramínico (Neu5Gc) en las células con alta afinidad. [16] Sólo subB es suficiente para provocar la vacuolación de las células vero. [17] Neu5GC no es producido por humanos, sino que se adquiere de fuentes alimenticias como carnes rojas y productos lácteos, también fuentes frecuentes de infecciones por STEC, en el revestimiento del intestino humano. [18]

Un complejo de toxina AB5 completo contiene seis unidades de proteína. Cinco unidades son similares o idénticas en estructura y comprenden la subunidad B. La última unidad de proteína es única y se conoce como subunidad A.

Diagrama general de la subunidad A de la toxina AB5 con el enlace disulfuro.
Diagrama de cinta de la subunidad B de la toxina del cólera.

Una subunidad

La subunidad A de una toxina AB5 es la parte responsable de la catálisis de objetivos específicos. Para la familia de toxinas Shiga, la subunidad A alberga una región sensible a tripsina que da dos dominios fragmentados cuando se escinde. Esta región aún no ha sido confirmada para las otras familias de toxinas AB5. [2] En general, los dos dominios de la subunidad A, denominados A1 y A2, están unidos por un enlace disulfuro . El dominio A1 (aproximadamente 22 kDa en la toxina del cólera o enterotoxinas lábiles al calor) es la parte de la toxina responsable de sus efectos tóxicos. El dominio A2 (aproximadamente 5 kDa en la toxina del cólera o enterotoxina lábil al calor) proporciona un enlace no covalente a la subunidad B a través del poro central de la subunidad B. [5] La cadena A1 de la toxina del cólera cataliza la transferencia de ADP-ribosa de nicotinamida adenina dinucleótido (NAD) a arginina u otros compuestos de guanidina mediante la utilización de factores de ADP-ribosilación (ARF). En ausencia de arginina o compuestos de guanidino simples, la actividad de NAD + nucleosidasa (NADasa) mediada por toxina procede utilizando agua como nucleófilo . [19]

Subunidad B

Las subunidades B forman un anillo pentamérico o de cinco miembros, donde un extremo de la subunidad A entra y se sostiene. Este anillo de la subunidad B también es capaz de unirse a un receptor , generalmente una glicoproteína o un glicolípido, [5] en la superficie de la célula huésped. [20] Sin las subunidades B, la subunidad A no tiene forma de adherirse o entrar en la célula y, por lo tanto, no tiene forma de ejercer su efecto tóxico. La toxina del cólera, la toxina shiga y la toxina SubAB tienen todas subunidades B formadas por cinco componentes proteicos idénticos, lo que significa que sus subunidades B son homopentámeros. La toxina de la tos ferina es diferente cuando su anillo pentamérico está formado por cuatro componentes proteicos diferentes, donde uno de los componentes se repite para formar un heteropentámero. [5]

La toxina del cólera, la toxina de la tos ferina y la toxina shiga tienen sus objetivos en el citosol de la célula. Después de que su subunidad B se une a los receptores en la superficie celular, la toxina es envuelta por la célula y transportada al interior, ya sea a través de endocitosis dependiente de clatrina o endocitosis independiente de clatrina . [21]

Vías del mecanismo para las cuatro toxinas AB5: toxina del cólera, toxina pertussis, toxina shiga y citotoxina subtilasa.

Para la toxina del cólera, el principal receptor de glicolípidos para la toxina del cólera es el gangliósido GM1 . [20] Después de la endocitosis en el aparato de Golgi , la toxina se redirige al retículo endoplásmico . [5] Para que la subunidad A alcance su objetivo, se debe romper un enlace disulfuro entre los dominios A1 y A2. Esta rotura es catalizada por una proteína disulfuro-isomerasa [22] que se encuentra en el retículo endoplásmico. Después de la separación, el dominio A1 se despliega y se redirige de nuevo al citosol donde se repliega [5] y cataliza la ADP-ribosilación de ciertas subunidades alfa de la proteína G. Al hacerlo, los efectos posteriores de la vía de transducción de la señal de la proteína G se interrumpen [4] mediante la activación de la adenilato ciclasa . [20] Esto provoca una mayor concentración de cAMP en la célula, lo que interrumpe la regulación de los mecanismos de transporte de iones. [5]

La toxina de la tos ferina no tiene un receptor específico y se une a las glicoproteínas sialiladas . [13] Después de la endocitosis, el mecanismo de la toxina de la tos ferina es el mismo que el de la toxina del cólera.

El principal receptor de la toxina shiga es la globotriaosilceramida o Gb3. [23] La toxina Shiga también se lleva al aparato de Golgi antes de dirigirse al retículo endoplásmico para que la PDI rompa el enlace disulfuro. De Shiga toxina subunidad A continuación, se pone de nuevo en la síntesis de proteínas citosol e inhibe eucariota con su RNA N-glicosidasa actividad [4] mediante la escisión de una base de adenina específica en 28S ARN ribosomal [5] que finalmente causa la muerte celular.

El objetivo de SubAB se encuentra en el retículo endoplásmico de la célula y se introduce en la célula a través de una endocitosis mediada por clatrina . [20] El receptor de glicanos para SubAB generalmente termina con un ácido N-glicolilneuramínico unido a α2-3 (Neu5Gc). [13] SubAB tiene una subunidad A en la que actúa como serina proteasa y escinde Bip / GRP78 , una chaperona del retículo endoplásmico . [4] La escisión de esta chaperona causa estrés celular a través de la inhibición de proteínas, [14] y, en consecuencia, la muerte de la célula. [5]

Tratamiento para el cáncer

Las subunidades B de las toxinas AB5 tienen la afinidad hacia el glicano de unión que algunos tipos de tumores parecen poseer, lo que lo convierte en un blanco fácil. Un ejemplo es el de StxB, que se une específicamente a CD77 (Gb3), que muestra expresión en la superficie de células cancerosas como el colon, el páncreas, la mama y muchas más. Una vez que StxB se dirige a una célula cancerosa, libera la subunidad A de la toxina que finalmente mata a la célula cancerosa. [5]

"> Reproducir medios
Formación de microcolonia gástrica de Helicobacter pylori

Otro método más es el uso de fármacos inductores de estrés ER que se han probado en ratones para mostrar respuestas sinérgicas positivas. Esto se logra mediante la fusión del factor de crecimiento epidérmico (EGF) con la subunidad A de SubAB. Las células cancerosas que expresan receptores para EGF experimentarán toxicidad SubAB. [24]

Vacunas

Otro uso de las toxinas AB5 es el uso de miembros de la familia LT como adyuvantes . Esto permite que la toxina promueva respuestas inmunológicas tales como IgG2a, IgA y Th17 para combatir, por ejemplo, la infección gástrica por Helicobacter pylori cuando se administra una vacuna . [25] [26]

Además de que algunas de estas toxinas AB5 se utilizan para crear vacunas para prevenir infecciones bacterianas, también se están investigando para que funcionen como un conjugado para prevenir infecciones virales. Por ejemplo, la inmunización sistémica junto con la administración intranasal coadministrada de la vacuna conjugada de virus y toxina del cólera indujo una respuesta de anticuerpos específica del virus y mostró cierto grado de protección al tracto respiratorio superior del virus Sendai . [27]

Los nuevos avances en los métodos experimentales biotecnológicos, como el uso de microscopía de iluminación de plano de haz de Bessel y moléculas sensoras basadas en FRET , pueden demostrar mejor las estructuras dinámicas de las placas de unión gap . Para estos experimentos, se pueden usar diferentes tipos de toxinas AB5 para inducir la formación rápida de tCDR en células de E. Coli . A continuación, la respuesta se puede registrar usando fluctuaciones de concentración de AMPc en células acopladas por unión gap usando construcciones de sensor basadas en FRET. La investigación sugiere que las CDR quizás podrían estar relacionadas con la reordenación rápida de lípidos y proteínas en los canales de conexina dentro de las placas de unión gap. Esto puede ayudarnos aún más a comprender la cascada de señalización que sigue a una pérdida celular de K + cuando se expone a una infección bacteriana. [28] [29]

Se ha visto que la toxina SubAB demuestra especificidad por una proteína de unión, BiP . Esta característica se ha utilizado para estudiar el papel de la BiP celular en sí, junto con la degradación asociada al retículo endoplásmico en células HeLa estresadas . [5]

  • Bioquímica de toxinas AB5
  • Toxina del cólera
  • Toxina de tos ferina
  • Toxina Shiga
  • Subtilasa

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  • Toxinas bacterianas AB5
  • Sostenido, Paul. "Una introducción a la tecnología de transferencia de energía por resonancia de fluorescencia (FRET) y su aplicación en biociencias" . BioTek Instruments, Inc.