ГЕМОЛИЗИН: ХАРАКТЕРИСТИКА, ВИДЫ, МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ - БИОЛОГИЯ - 2024

Гемолизина небольшой белок, потому что поры в клетках эритроцитов и некоторых других собственных клеток крови млекопитающих мембраны. Обычно он синтезируется и выводится патогенными бактериями.

Этот белок является одним из наиболее распространенных микробных токсинов и наиболее изучен. Иногда это может вызвать гемолитическую анемию, так как количество каналов, через которые выходит внутренняя часть клетки, может даже вызвать лизис клетки.

Молекулярная структура гемолизина (Источник: Джавахар Сваминатан и сотрудники MSD в Европейском институте биоинформатики через Wikimedia Commons)

Как правило, гемолизин является типичным токсином стрептококков кишечного тракта. Его функция позволяет бактериям преодолевать эпителиальный барьер кишечного тракта и, таким образом, перемещаться по кровотоку, колонизируя другие ткани.

Наиболее распространенная форма гемолизина в природе - это форма α-гемолизина. Этот белок является одним из наиболее важных факторов вирулентности большинства штаммов Escherichia coli и некоторых клостридий.

Большинство инфекций мочевыводящих путей вызываются штаммами Escherichia coli, которые продуцируют α-гемолизин с гемолитическими характеристиками.

Производство гемолизина и бактериоцина в бактериальных штаммах связано с механизмом конкуренции с другими видами, и производство обоих токсинов, по-видимому, зависит от одних и тех же генетических детерминант в геноме бактерий.

характеристики

Гемолизин состоит из семи субъединиц, а кодирующий его ген имеет семь промоторов. Эти семь субъединиц вставляются в плазматическую мембрану клеток-мишеней и, собираясь вместе, образуют ионный канал, через который выходят метаболиты изнутри клетки.

Гемолизин - это внеклеточный кальций (Ca + 2) -зависимый цитотоксин, который действует на плазматическую мембрану клеток в кровотоке. Поры, которые он создает в мембране, также гидрофильны и заставляют воду попадать внутрь клетки, что может привести к лизису.

Гемолизины - типичные белковые продукты грамотрицательных бактерий, и все они имеют две характеристики:

1- Наличие очень маленького пептида (нонапептида), состоящего из повторов аминокислот глицина и аспарагиновой кислоты. Нонапептиды гемолизина расположены рядом с С-концевой частью первичной структуры белка.

2- Все гемолизины секретируются бактериями во внеклеточную среду через переносчик типа ABC (АТФ-связывающая кассета).

Продукция гемолизина обычно обнаруживается в бактериальных штаммах через рост в среде кровяного агара. В тесте наблюдается гемолитический ореол, продукт распада красных кровяных телец рядом с колониями бактерий.

Типы

Существует несколько различных типов гемолизинов, они классифицируются по греческой букве в начале названия. Наиболее изученными и распространенными являются гемолизины α, β и γ, продуцируемые штаммом Staphylococcus aureus.

Типы гемолизина классифицируются в соответствии с диапазоном клеток, которые они атакуют, и в соответствии с их первичной структурой белка.

α-гемолизин

Этот белок типичен для штаммов Staphylococcus aureus и Escherichia coli; он атакует нейтрофилы, эритроциты, лимфоциты, макрофаги, взрослые и эмбриональные фибробласты. Он взаимодействует с полярными головками липидов плазматической мембраны этих клеток для интернализации гидрофобного хвоста размером около 5 Ӑ внутри мембраны.

β-гемолизин

Вырабатываемый Staphylococcus aureus в меньшей степени, чем α-гемолизин, β-гемолизин в первую очередь атакует эритроциты и проникает в мембрану исключительно через богатые сфингомиелином домены клеточной мембраны.

γ-гемолизин

Это также было замечено в Staphylococcus aureus. Он был классифицирован как гемолитический белок и лейкотоксин одновременно, поскольку он влияет на полиморфно-ядерные клетки человека, моноциты, макрофаги и, в редких случаях, даже на эритроциты.

Этот тип γ-гемолизина является одним из наименее охарактеризованных, поэтому большая часть его механизмов действия неизвестна, и он не исследовался in vivo.

Механизмы действия

Механизм действия, который был относительно ясно выяснен, касается α-гемолизина. Однако, поскольку все они являются гемолитическими белками, считается, что большинство процессов являются общими для всех гемолизинов.

Ученые предполагают, что для того, чтобы бактерии выделяли гемолизин в окружающую среду, они должны находиться в бедном питательными веществами микроокружении, поэтому это будет механизм, который запускает клетку для разрушения целевых клеток и получения их питательных веществ.

Механизм был описан в три этапа: связывание с клеточной мембраной, вставка и олигомеризация.

Мембранная связь

Было обнаружено, что гемолизины способны связываться с интегринами нейтрофилов, а в эритроцитах эти белки, как было показано, связываются с гликозилированными компонентами, такими как гликопротеины, ганглиозиды и гликофорины клеточной мембраны.

Некоторые авторы предполагают, что наличие рецепторов в мембране не является существенным для связывания гемолизинов. В любом случае, механизм повторного поедания белка клетками еще точно не известен.

Трансмембранная пора, образованная белком гемолизина Staphylococcus (Источник: авторы осаждения: Сонг, Л., Хобо, М., Шустак, К., Чели, С., Бейли, Х., Гуо, Дж. Э.; автор визуализации: Пользователь: Astrojan через Wikimedia Commons)

Взаимодействие с мембраной происходит в два этапа:

- Начальное связывание (обратимое): когда гемолизин связывается с кальций-связывающими доменами мембраны. Этот шаг происходит на поверхности и очень чувствителен к электростатическому разряду.

- Необратимое соединение: соединяет аминокислотные домены с липидными компонентами внешнего слоя плазматической мембраны клеток-мишеней с целью образования физических связей между гидрофобными соединениями мембраны.

Введение токсина в мембрану

Α-Гемолизин вставляет остатки 177 и 411 в первый липидный монослой. Во внеклеточной среде гемолизин связан с ионами кальция, которые вызывают структурное расположение в нем и способствуют его активации.

Эта вставка закрепляет необратимое прикрепление к клеточной мембране. После того, как структура произошла, гемолизин становится интегральным белком, поскольку экспериментально было показано, что единственный способ извлечь его из мембраны - использовать детергенты, такие как Triton X-100.

Олигомеризация

Когда весь гемолизин вставлен в плазматическую мембрану клеток-мишеней, происходит олигомеризация составляющих его 7 субъединиц, которая заканчивается образованием белковой поры, очень динамичной, но зависящей от липидного состава мембраны.

Было замечено, что процессу олигомеризации благоприятствуют микродомены или липидные рафты клеточной мембраны. Эти области могут не способствовать связыванию белка, но они способствуют его олигомеризации после вставки.

Чем больше гемолизинов связывается с мембраной, тем больше образуется пор. Кроме того, гемолизины могут олигомеризовать друг друга (соседние) и образовывать каналы гораздо большего размера.

Ссылки

1. Бакас, Л., Остолаза, Х., Ваз, В.Л., и Гони, FM (1996). Обратимая адсорбция и необратимое внедрение альфа-гемолизина Escherichia coli в липидные бислои. Биофизический журнал, 71 (4), 1869-1876.
2. Далла Серра, М., Корайола, М., Виеро, Г., Комай, М., Потрич, К., Феррерас, М.,… и Превост, Г. (2005). Двухкомпонентные γ-гемолизины Staphylococcus aureus, HlgA, HlgB и HlgC, могут образовывать смешанные поры, содержащие все компоненты. Журнал химической информации и моделирования, 45 (6), 1539-1545.
3. Гоу, Дж. А., и Робинсон, Дж. (1969). Свойства очищенного стафилококкового β-гемолизина. Журнал бактериологии, 97 (3), 1026-1032.
4. Айк, Ю., Хашимото, Х., и Клевелл, Д. Б. (1984). Гемолизин зимогенов подвида Streptococcus faecalis способствует вирулентности у мышей. Инфекция и иммунитет, 45 (2), 528-530.
5. Ремингтон, Дж. С., Кляйн, Дж. О., Уилсон, С. Б., Низет, В., и Мальдонадо, Ю. А. (ред.). (1976). Инфекционные болезни плода и новорожденного (Том 4). Филадельфия: Сондерс.
6. Тодд, EW (1932). Антигенный стрептококковый гемолизин. Журнал экспериментальной медицины, 55 (2), 267-280.