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Mecanismo de la toxina del cólera

La toxina del cólera (también conocida como cólerageno y a veces abreviada como CTX , Ctx o CT ) es un complejo proteico multimérico AB5 secretado por la bacteria Vibrio cholerae . [1] [2] CTX es responsable de la diarrea acuosa masiva característica de la infección por cólera . [3] Es un miembro de la familia de enterotoxinas lábiles al calor .

Historia [ editar ]

La toxina del cólera fue descubierta en 1959 por el microbiólogo indio Sambhu Nath De . [4]

Estructura [ editar ]

Pentámero de la toxina B del cólera, Vibrio cholerae.

La toxina completa es un hexámero formado por una sola copia de la subunidad A (parte A, enzimática, P01555 ) y cinco copias de la subunidad B (parte B, unión al receptor, P01556 ), denominada AB 5 . La subunidad B se une mientras que la subunidad A activa la proteína G que activa la adenilato ciclasa . La estructura tridimensional de la toxina se determinó mediante cristalografía de rayos X por Zhang et al. en 1995. [5]

Las cinco subunidades B, cada una de las cuales pesa 11 kDa , forman un anillo de cinco miembros. La subunidad A, que es de 28 kDa, tiene dos segmentos importantes. La porción A1 de la cadena (CTA1) es una carga útil de enzima globular que ADP-ribosila las proteínas G , mientras que la cadena A2 (CTA2) forma una hélice alfa extendida que se asienta cómodamente en el poro central del anillo de la subunidad B. [6]

Esta estructura es similar en forma, mecanismo y secuencia a la enterotoxina termolábil secretada por algunas cepas de la bacteria Escherichia coli .

Patogenia [ editar ]

La toxina del cólera actúa mediante el siguiente mecanismo: Primero, el anillo de la subunidad B de la toxina del cólera se une a los gangliósidos GM1 en la superficie de las células diana. Si una célula carece de GM1, lo más probable es que la toxina se una a otros tipos de glucanos, como Lewis Y y Lewis X, unidos a proteínas en lugar de lípidos. [7] [8] [9] Una vez unido, la célula endocitosa todo el complejo de la toxina y la cadena de la toxina del cólera A1 (CTA1) se libera mediante la reducción de un puente disulfuro . El endosoma se traslada al aparato de Golgi, donde la proteína A1 es reconocida por la chaperona del retículo endoplásmico, la proteína disulfuro isomerasa . Luego, la cadena A1 se despliega y se entrega a la membrana, dondeEro1 desencadena la liberación de la proteína A1 por oxidación del complejo de isomerasa disulfuro de proteína. [10] A medida que la proteína A1 se mueve desde el RE al citoplasma por el canal Sec61, se pliega y evita la desactivación como resultado de la ubiquitinación.

Entonces, CTA1 queda libre para unirse con una proteína asociada humana llamada factor 6 de ribosilación de ADP (Arf6); la unión a Arf6 impulsa un cambio en la forma de CTA1 que expone su sitio activo y permite su actividad catalítica. [11] El fragmento CTA1 cataliza ADP-ribosilación de las proteínas de la subunidad alfa Gs (Gα s ) usando NAD . La ADP-ribosilación hace que el Ga s subunidad a perder su actividad catalítica de la hidrólisis de GTP en GDP + P i , manteniendo así Ga s en su estado activado. El aumento de la activación de Gα s conduce a un aumento de la adenilato ciclasaactividad, que aumenta la concentración intracelular de 3 ', 5'-AMP cíclico (cAMP) a más de 100 veces por encima de lo normal y sobreactiva la PKA citosólica . Estos PKA activos luego fosforilan las proteínas del canal de cloruro del regulador de la conductancia transmembrana de la fibrosis quística (CFTR), lo que conduce a la salida de iones cloruro mediada por ATP y conduce a la secreción de H 2 O , Na + , K + y HCO 3 - en el intestino. lumen . Además, la entrada de Na +y consecuentemente disminuye la entrada de agua a los enterocitos. Los efectos combinados dan como resultado una rápida pérdida de líquidos del intestino, hasta 2 litros por hora, lo que conduce a una deshidratación grave y otros factores asociados con el cólera, incluidas las heces de agua de arroz. [12]

La toxina pertussis (también un AB 5 proteína) producida por Bordetella pertussis actúa de una manera similar con la excepción de que ADP-ribosila la Ga i subunidad , haciéndolo incapaz de inhibir la producción de cAMP. [13]

Origen [ editar ]

El gen que codifica la toxina del cólera se introduce en V. cholerae mediante transferencia horizontal de genes . Las cepas virulentas de V. cholerae contienen un virus conocido como bacteriófago CTXφ . [14]

Aplicaciones [ editar ]

Debido a que la subunidad B parece ser relativamente no tóxica, los investigadores han encontrado varias aplicaciones para ella en biología celular y molecular. Se utiliza habitualmente como trazador neuronal . [15]

El tratamiento de células madre neurales de roedores cultivadas con toxina del cólera induce cambios en la localización del factor de transcripción Hes3 y aumenta su número. [dieciséis]

Los gangliósidos GM1 se encuentran en balsas de lípidos en la superficie celular. Los complejos de la subunidad B marcados con etiquetas fluorescentes o posteriormente dirigidos con anticuerpos pueden usarse para identificar balsas.

Ver también [ editar ]

  • Enterotoxina
  • Gangliósido

Referencias [ editar ]

  1. ^ Ryan KJ; Ray CG, eds. (2004). Sherris Medical Microbiology (4ª ed.). McGraw Hill. pag. 375. ISBN 978-0-8385-8529-0.
  2. ^ Faruque SM; Nair GB, eds. (2008). Vibrio cholerae: Genómica y Biología Molecular . Prensa Académica Caister. ISBN 978-1-904455-33-2.
  3. ^ Aizpurua-Olaizola, Oier; Sastre Torano, Javier; Pukin, Aliaksei; Fu, Ou; Boons, Geert Jan; de Jong, Gerhardus J .; Pieters, Roland J. (2018). "Electroforesis capilar de afinidad para la evaluación de la afinidad de unión de inhibidores de la toxina del cólera basados ​​en carbohidratos". Electroforesis . 39 (2): 344–347. doi : 10.1002 / elps.201700207 . ISSN 1522-2683 . PMID 28905402 .  
  4. ^ De, SN, Sarkar, JK, Tribedi, BP Un estudio experimental de la acción de la toxina del cólera. J. Pathol. Bacteriol. 63: 707–717, 1951.
  5. ^ Zhang R, Scott D, Westbrook M, Nance S, Spangler B, Shipley G, Westbrook E (1995). "La estructura cristalina tridimensional de la toxina del cólera" . J Mol Biol . 251 (4): 563–73. doi : 10.1006 / jmbi.1995.0456 . PMID 7658473 . 
  6. ^ De Haan L, Hirst TR (2004). "Toxina del cólera: un paradigma para la participación multifuncional de los mecanismos celulares (revisión)". Mol. Membr. Biol . 21 (2): 77–92. doi : 10.1080 / 09687680410001663267 . PMID 15204437 . 
  7. ^ Varitas Amberlyn M; Akiko Fujita (octubre de 2015). "La fucosilación y la glicosilación de proteínas crean receptores funcionales para la toxina del cólera" . eLife . doi : 10.7554 / eLife.09545 .
  8. ^ Cervin J, Varitas AM, Casselbrant A, Wu H, Krishnamurthy S, Cvjetkovic A, et al. (2018) Intoxicación independiente del gangliósido GM1 por la toxina del cólera. PLoS Pathog 14 (2): e1006862. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1006862
  9. ^ Las moléculas fucosiladas interfieren competitivamente con la unión de la toxina del cólera a las células huésped; Amberlyn M. Wands, Jakob Cervin, He Huang, Ye Zhang, Gyusaang Youn, Chad A. Brautigam, Maria Matson Dzebo, Per Björklund, Ville Wallenius, Danielle K. Bright, Clay S. Bennett, Pernilla Wittung-Stafshede, Nicole S. Sampson, Ulf Yrlid y Jennifer J. Kohler; Enfermedades Infecciosas ACS Artículo ASAP, DOI: 10.1021 / acsinfecdis.7b00085
  10. ^ Tsai, Billy y Tom A. Rapoport. "La toxina del cólera desplegada se transfiere a la membrana del RE y se libera de la proteína disulfuro isomerasa tras la oxidación por Ero1". The Journal of cell biology 159.2 (2002): 207-216.
  11. ^ O'Neal C, Jobling M, Holmes R, Hol W (2005). "Base estructural para la activación de la toxina del cólera por ARF6-GTP humano". Ciencia . 309 (5737): 1093–6. Código Bibliográfico : 2005Sci ... 309.1093O . doi : 10.1126 / science.1113398 . PMID 16099990 . 
  12. ^ Joaquín Sánchez; Jan Holmgren (febrero de 2011). "Toxina del cólera: un enemigo y un amigo" (PDF) . Revista India de Investigaciones Médicas . 133 . pag. 158. Archivado desde el original (PDF) el 2013-02-03 . Consultado el 9 de junio de 2013 .
  13. ^ Boro, WF y Boulpaep, EL (2009). Fisiología médica: un enfoque celular y molecular (2ª ed.). Filadelfia, Pensilvania: Saunders / Elsevier.
  14. ^ Davis B, Waldor M (2003). "Fagos filamentosos vinculados a la virulencia de Vibrio cholerae". Curr Opin Microbiol . 6 (1): 35–42. doi : 10.1016 / S1369-5274 (02) 00005-X . PMID 12615217 . 
  15. ^ Pierre-Hervé Luppi. "El descubrimiento de la toxina del cólera como una potente herramienta neuroanatómica" . Consultado el 23 de marzo de 2011 .
  16. ^ Androutsellis-Theotokis A, Walbridge S, Park DM, Lonser RR, McKay RD (2010). "La toxina del cólera regula una vía de señalización crítica para la expansión de cultivos de células madre neurales de los cerebros de roedores fetales y adultos" . PLOS ONE . 5 (5): e10841. Código bibliográfico : 2010PLoSO ... 510841A . doi : 10.1371 / journal.pone.0010841 . PMC 2877108 . PMID 20520777 .  

1. De SN. Enterotoxicidad del filtrado de cultivo libre de bacterias de Vibrio cholerae. Naturaleza. 1959; 183: 1533–4.

Enlaces externos [ editar ]

  • McDowall, Jennifer (septiembre de 2005). "Toxina del cólera" . Proteína del mes (POTM). Banco de datos de proteínas en Europa (PDBe). Archivado desde el original el 27 de abril de 2019.
  • Goodsell, David (septiembre de 2005). "Toxina del cólera" . Banco de datos de proteínas RCSB . Molécula del mes (MOTM). Banco de datos de proteínas (PDB). doi : 10.2210 / rcsb_pdb / mom_2005_9 . Archivado desde el original el 25 de octubre de 2011.
  • Cólera + Toxina en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
  • Descripción general de toda la información estructural disponible en el PDB para UniProt : P01555 (subunidad A de enterotoxina del cólera) en PDBe-KB .
  • Descripción general de toda la información estructural disponible en el PDB para UniProt : P01556 (subunidad B de enterotoxina del cólera) en el PDBe-KB .