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Ver también: toxina formadora de poros

La citolisina se refiere a la sustancia secretada por microorganismos, plantas o animales que es específicamente tóxica para las células individuales , [1] [2] en muchos casos provocando su disolución por lisis . Las citolisinas que tienen una acción específica para ciertas células se nombran en consecuencia. Por ejemplo, las citolisinas responsables de la destrucción de los glóbulos rojos , liberando así hemoglobinas , se denominan hemolisinas , etc. [3] Las citolisinas pueden estar involucradas tanto en la inmunidad como en los venenos .

La hemolisina también es utilizada por ciertas bacterias, como Listeria monocytogenes , para romper la membrana del fagosoma de los macrófagos y escapar al citoplasma de la célula.

Historia y antecedentes [ editar ]

El término "citolisina" o "toxina citolítica" fue introducido por primera vez por Alan Bernheimer para describir las toxinas que dañan la membrana ( MDT ) que tienen efectos citolíticos en las células. [4] El primer tipo de toxina citolítica descubierto tiene efectos hemolíticos en los eritrocitos de ciertas especies sensibles, como los humanos. Por esta razón, la " hemolisina " se utilizó por primera vez para describir cualquier MDT. En la década de 1960, se demostró que ciertos MDT eran destructivos para células distintas de los eritrocitos , como los leucocitos . Luego, Bernheimer introduce el término "Citolisina" para reemplazar " Hemolisina". Las citolisinas pueden destruir las membranas sin crear lisis en las células. [5] Por lo tanto, las" toxinas que dañan la membrana "(MDT) describen las acciones esenciales de las citolisinas. Las citolisinas comprenden más de 1/3 de todas las toxinas proteicas bacterianas . altamente venenoso a humano. Por ejemplo, botulínica es 3x10 5 más tóxico que serpiente veneno a humano y su tóxico dosis es solamente 0.8x10 -8 mg. [6] Una amplia variedad de bacterias gram-positivas y gram-negativas bacterias utilizan citolisina como su arma principal para crear enfermedades, como Enterococcus faecalis , [7] Staphylococcus y Clostridium perfringens .

Se ha realizado una amplia gama de estudios sobre citolisinas. Desde la década de 1970, se han descubierto más de 40 nuevas citolisinas y se han agrupado en diferentes familias. [8] A nivel genético, se han estudiado y publicado las estructuras genéticas de aproximadamente 70 proteínas de citolisina. [9] También se ha estudiado el proceso detallado de daño de la membrana . Rossjohn y col. presentan la estructura cristalina de la perfringolisina O, una citolisina activada por tiol , que crea agujeros en la membrana de las células eucariotas . Se construye un modelo detallado de la formación de canales de membrana que revela el mecanismo de inserción de la membrana. [10]Shatursky y col. estudiado el mecanismo de inserción de membrana de perfringolisina O (PFO), un colesterol dependiente de poro -Formar citolisina producida por patógenos de Clostridium perfringens. En lugar de utilizar una única horquilla β anfipática por polipéptido, el monómero de PFO contiene dos horquillas β anfipáticas, cada una de las cuales se extiende por toda la membrana. Larry y col. se centró en la membrana modelos de penetrar RTX de toxinas, una familia de MDT secretada por muchos gram-negativas bacterias . Se reveló el proceso de inserción y transporte de la proteína desde RTX a la membrana lipídica diana . [11]

Clasificación [ editar ]

Las citolisinas que dañan la membrana se pueden clasificar en tres tipos según su mecanismo dañino:

  • Citolisinas que atacan las membranas bicapa de las células eucariotas disolviendo sus fosfolípidos. Las citolisinas representativas incluyen la α-toxina de C. perfringens (fosfolipasa C), la β-toxina de S. aureus (shingomielinasa C) y Vibrio damsela ( fosfolipasa D). Farlane y col. reconoció el mecanismo molecular de la toxina α de C. perfringens en 1941, lo que marcó el trabajo pionero sobre cualquier toxina proteica bacteriana.
  • Citolisinas que atacan las regiones hidrofóbicas de las membranas y actúan como " detergentes ". Los ejemplos de este tipo incluyen las toxinas δ de 26 aminoácidos de Straphylococcus aureus , S. haemolyticus y S. lugdunensis , la toxina de Bacillus subtilis y la citolisina de Pseudomonas aeruginosa .
  • Citolisinas que forman poros en las membranas de las células diana. Estos tipos de citolisina también se conocen como toxinas formadoras de poros (PFT) y comprenden la mayor parte de todas las citolisinas. Los ejemplos de este tipo incluyen perfringiolisina O de la bacteria Clostridium perfringens , hemolisina de Escherichia coli y listeriolisina de Listeria monocytogenes . Los objetivos de este tipo de citolisinas varían desde membranas celulares generales hasta microorganismos más específicos, como colesteroles y membranas de fagocitos. [6]

Citolisinas formadoras de poros [ editar ]

Los poros formados por fusión de membranas podrían estar hechos solo de proteolípidos .
Representación de la estructura de poros

Las citolisinas formadoras de poros (PFC) comprenden cerca del 65% de todas las citolisinas que dañan la membrana. [8] La primera citolisina formadora de poros fue descubierta por Manfred Mayer en 1972 de la inserción C5 - C9 de eritrocitos. [12] Los PFC pueden ser producidos por una amplia variedad de fuentes, como bacterias, hongos e incluso plantas. [13] El proceso patógeno de los PFC normalmente implica la formación de canales o poros en las membranas de las células diana. Tenga en cuenta que los poros pueden tener muchas estructuras. Una estructura similar a una porina permite el paso de moléculas de ciertos tamaños. Los campos eléctricos se distribuyen de manera desigual a través del poro y permiten la selección de moléculas que pueden pasar. [14] Este tipo de estructura se muestra en la α-hemolisina estafilocócica . [15] También se puede formar un poro mediante fusiones de membranas. Controlada por Ca 2+ , la fusión de la membrana de las vesículas forma poros llenos de agua a partir de proteolípidos . [16] Las citolisinas formadoras de poros, como la perforina, se utilizan en las células citotóxicas asesinas T y NK para destruir las células infectadas.

proceso de formación de poros [ editar ]

Citolisinas secretadas por las células huésped (use bacterias como ejemplo).
Las citolisinas forman grupos de oligómeros en las membranas de las células diana.
Las citolisinas crean canales (poros) en las membranas de las células diana.
Proceso de formación de poros

Un proceso de formación de poros más complejo implica un proceso de oligomerización de varios monómeros de PFC . El proceso de formación de poros comprende 3 pasos básicos. Las citolisinas son producidas inicialmente por ciertos microorganismos. A veces, el organismo productor necesita crear un poro en su propia membrana para liberar dichas citolisinas, como en el caso de las colicinas producidas por Escherichia coli . Las citolisinas se liberan como monómeros proteicos en un estado soluble en agua en este paso. [17] Tenga en cuenta que las citolisinas a menudo también son tóxicas para sus huéspedes productores. Por ejemplo, las colicinas consumen los ácidos nucleicos de las células mediante el uso de varias enzimas. [18]Para prevenir tal toxicidad, las células huésped producen proteínas de inmunidad para unirse a las citolisinas antes de que causen algún daño hacia adentro. [8]

En el segundo paso, citolisinas se adhieren a las membranas celulares objetivo, haciendo coincidir los " receptores " " en las membranas. La mayoría de los receptores son proteínas, pero también pueden ser otras moléculas, como lípidos o azúcares. Con la ayuda de receptores, los monómeros de citolisina se combinan entre sí y forman grupos de oligómeros. Durante esta etapa, las citolisinas completan la transición del estado de monómeros solubles en agua al estado de oligómeros.

Finalmente, los grupos de citolisina formados penetran en las membranas de las células diana y forman poros de membrana. El tamaño de estos poros varía de 1 a 2 nm ( toxina α de S. aureus , hemolisina α de E. coli , aerolisina de Aeromonas ) a 25-30 nm ( estreplicina O , neumolisina ).

Dependiendo de cómo se formen los poros, las citolisinas que forman los poros se dividen en dos categorías. Aquellos que forman poros con hélices α se denominan α-PFT (toxinas formadoras de poros). Aquellos que forman poros con estructuras de barril β se denominan β-PFT. Algunas de las α-PFT y β-PFT comunes se enumeran en la siguiente tabla.

Citolisinas formadoras de poros comunes
α-PFTβ-PFT
Colicina Ia, Pseudomonas aeruginosa extotoxina A, Actinia equina equinatoxina IIAerolisina, toxina α de Clostrim septicum , Staphylococcus aureus y alfa-hemolisina , citotoxina de Pseudomonas aeruginosa , antígeno protector del ántrax, citolisinas dependientes del colesterol.

Consecuencias de las citolisinas [ editar ]

Los efectos letales de las citolisinas formadoras de poros se producen al provocar un trastorno de afluencia y salida en una sola célula. Los poros que permiten el paso de iones como el Na + crean un desequilibrio en la célula objetivo que excede su capacidad de equilibrio iónico. Por tanto, las células atacadas se expanden hasta la lisis. [19] Cuando se destruyen las membranas de las células diana, las bacterias que producen las citolisinas pueden consumir los elementos intracelulares de la célula, como el hierro y las citocinas. [8] Algunas enzimas que descomponen las estructuras críticas de las células diana pueden ingresar a las células sin obstrucciones.

Citolisina dependiente del colesterol [ editar ]

Un tipo específico de citolisina es la citolisina dependiente de colesterol ( CDC ). Los CDC existen en muchas bacterias Gram-positivas . El proceso de formación de poros de los CDC requiere la presencia de colesteroles en las membranas de las células diana. El tamaño de poro creado por los CDC es grande (25-30 nm) debido al proceso oligomérico de las citolisinas. Tenga en cuenta que el colesterol no siempre es necesario durante la fase de adherencia. Por ejemplo, la intermedilisina solo requiere la presencia de receptores de proteínas cuando se une a las células diana y se requieren colesteroles en la formación de poros. [20]La formación de poros a través de los CDC implica un paso adicional a los pasos analizados anteriormente. Los monómeros solubles en agua se oligomerizan para formar un producto intermedio denominado complejo "pre-poro" y luego se penetra en la membrana un barril β. [20]

Ver también [ editar ]

  • Hemólisis (microbiología)
  • Citolisina activada por tiol
  • Proteína citotóxica de anémona de mar

Referencias [ editar ]

  1. ^ Recuperación informática de información sobre proyectos científicos (CRISP) - Tesauro - Citolisina Archivado el 30 de septiembre de 2006 en la Wayback Machine.
  2. ^ Entrada "Cytolysin" del American Heritage Medical Dictionary , en TheFreeDictionary.com (obtenido el 22 de enero de 2009)
  3. ^ Entrada de "Hemolisina" en TheFreeDictionary.com (recuperado el 22 de enero de 2009)
  4. ^ Bernheimer AW (1970) Toxinas citolíticas de bacterias, vol I. En: Ajl S, Kadis S, Montie TC (eds) Toxinas microbianas. Academic, Nueva York, págs.183-212
  5. ^ Thelestam, M. y Mollby, R. (1975) Infect. Immun, 11, 640-648.
  6. ^ a b http://textbookofbacteriology.net/proteintoxins.html
  7. ^ Panthee, S; Paudel, A; Hamamoto, H; Ogasawara, AA; Yo estaba en; Blom, J; Sekimizu, K (24 de marzo de 2021). "Secuencia completa del genoma y análisis genómico comparativo de Enterococcus faecalis EF-2001, una bacteria probiótica" . Genómica . 113 (3): 1534-1542. doi : 10.1016 / j.ygeno.2021.03.021 . PMID  33771633 .
  8. ^ a b c d Alouf, JE "Toxinas proteicas bacterianas formadoras de poros: descripción general". Toxinas formadoras de poros. Springer Berlin Heidelberg, 2001. 1-14.
  9. ^ Kaper J, Hacker J (2000) Islas de patogenicidad y otros elementos móviles de virulencia. ASM, Washington DC
  10. ^ Rossjohn, Jamie y col. "Estructura de una citolisina activada por tiol que se une al colesterol y un modelo de su forma de membrana". Cell 89.5 (1997): 685-692.
  11. ^ Lally, Edward T., et al. "La interacción entre las toxinas RTX y las células diana". Trends in Microbiology 7.9 (1999): 356-361.
  12. ^ Mayer, Manfred M. "Mecanismo de citólisis por complemento". Actas de la Academia Nacional de Ciencias 69.10 (1972): 2954-2958.
  13. ^ Gilbert, RJC "Toxinas formadoras de poros". Ciencias de la vida celular y molecular 59.5 (2002): 832-844.
  14. ^ Branden and Tooze, Introducción a la estructura de las proteínas, segunda edición
  15. ^ Song LZ, Hobaugh MR, Shustak C., Cheley S., Bayley H. y Gouaux JE (1996) Estructura de la alfa-hemolisina estafilocócica, un poro transmembrana heptamértico. Ciencia 274: 1859–1866
  16. ^ Peters, Christopher y col. "Formación de complejos trans por canales proteolípidos en la fase terminal de fusión de membranas". Nature 409.6820 (2001): 581-588.
  17. ^ Lazdunski CJ, Baty 0, Geli V, Cavard 0, Morlon J, Lloubes R, Howard SP, Knibiehler M, Chartier M, Varenne S, et al. (1988) La colicina A formadora de canales de membrana: síntesis, secreción, estructura, acción e inmunidad. Biochim Biophys Acta 947: 445-464
  18. ^ James R, Kleanthous C, Moore GR (1996) La biología de las E-colicinas: paradigmas y paradojas. Microbiología Reino Unido 142: 1569-1580
  19. ^ Skals, Marianne y Helle A. Praetorius. "Mecanismos de daño celular inducido por citolisina: un papel para la señalización auto y paracrina". Acta Physiologica 209.2 (2013): 95-113.
  20. ^ a b Heuck, Alejandro P., Paul C. Moe y Benjamin B. Johnson. "La familia de toxinas bacterianas grampositivas de la citolisina dependiente del colesterol". Proteínas de unión y transporte de colesterol :. Springer Países Bajos, 2010. 551-577.