클로스트리듐디피실독소A

Clostridium difficile toxin A
독소 A
식별자
유기체클로스트리디오이데스 디피실
기호.톡사
Alt.tcdA
엔트레즈4914076
RefSeq(프로트)YP_001087137.1
유니프로트P16154
기타 데이터
EC 번호2.4.1.-
염색체게놈: 0.79~0.81 Mb
클로스트리디오이데스 디피실세균의 SEM
PaLoc 레퍼런스:클로스트리디오이데스 디피실주 630, DSM 27543, 게놈 GenBank 등록번호 AM180355 위치 770.154~789.973 bp, 총 궤적 크기 19.8KB.

클로스트리듐 디피실 독소 A(TcdA)는 클로스트리듐 디피실이라고 알려진 클로스트리디오이데스 디피실(Clostridioides difficile)[1]에 의해 생성되는 독소이다.클로스트리듐 디피실 독소 B와 유사하다.독소는 그램 양성, [2]혐기성 클로스트리디오이데스 디피실 박테리아에 의해 생성되는 주요 독성 인자입니다.이 독소는 장 점막을 손상시킴으로써 기능하며 가성 대장염을 포함한 C. 디피실 감염의 증상을 일으킨다.

TcdA는 알려진 가장 큰 박테리아 독소 중 하나이다.분자량이 308kDa로 보통 잠재적인 장독소로 [3][4]묘사되지만 세포독소로서도 일부 활성이 있다.이 독소는 글루코실화에 의해 숙주 세포 GTPase 단백질을 수정함으로써 세포 활동의 변화를 일으킨다.C. 디피실 감염의 위험인자에는 항생제 치료가 포함되는데, 이는 정상적인 장내 미생물군을 교란시키고 C. 디피실 [5]세균의 식민화를 초래할 수 있다.

tcdA유전자

이 유전자는 2,710개의 아미노산을 코드하는 8,133개의 뉴클레오티드의 개방형 판독 프레임(ORF)을 포함하고 있다.TcdA와 TcdB는 아미노산 [6]배열에서 63%의 상동성을 공유한다.이 유전자들은 환경적 요인에 반응하여 후기 통나무 단계와 정지 단계에서 발현된다.항생제 및 이화물질 억제와 같은 환경적 스트레스는 독소 [7]발현에 영향을 미칠 수 있습니다.

병원성 궤적

tcdA 및 tcdB 유전자는 C. 디피시일의 독성유전주에서만 발견되는 19.6kb 병원성 궤적(PaLoc)의 클로스트리디오이데스 디피시일 염색체에 위치한다.비독소성 균주는 [8]PaLoc를 대체하는 127 염기쌍 단편을 포함합니다.이 흔적은 또한 tcdC, tcdR, tcdE [9]세 개의 다른 부속 유전자를 포함합니다.TcdC 발현은 초기 지수 단계에서 높으며 성장이 정지 단계로 이동함에 따라 감소하며 tcdA 및 tcdB 발현 증가와 일치합니다.따라서 발현 패턴은 tcdC를 독소 생성의 가능한 음성 조절기로 나타낸다.tcdR은 독소 [7]생성의 양성 조절기로 작용할 수 있다.tcdE는 세균 세포막에서의 용해 활성을 통해 TcdA 및 TcdB의 방출을 촉진하는 것으로 추측된다.TcdA와 TcdB 사이의 유전자 위치뿐만 아니라 유사한 기능의 다른 단백질과의 상동성으로 인해 TcdE는 TcdA와 TcdB에는 [8]분비용 신호펩타이드가 부족하기 때문에 방출을 촉진하는 용해 단백질로서 기능할 것으로 예상된다.

구조.

단백질은 3개의 도메인을 포함한다.아미노 N 말단 도메인은 독소의 글루코실화 활성을 담당하는 활성 부위를 포함합니다.TcdA와 TcdB는 모두 동일한 [7]기질을 바꾸기 위해 고도로 보존된 N-말단 영역(두 독소 사이의 74%)을 사용합니다.

카르복시 C 말단 도메인은 표적 세포 표면에서 수용체 결합을 담당하는 반복 단위를 포함합니다.이러한 짧은 상동 반복 단위는 복합 반복 올리고펩타이드(CROPs)[7][10]라고 불린다.최근의 연구는 CROP이 세포 [11]표면의 구조와의 상호작용을 통해 TcdA의 효력을 결정한다는 것을 보여준다.이러한 CROP 영역은 21~50개의 잔류물 범위에 있으며 [7]수용체 결합에 역할을 한다.이 C-말단 반복영역은 리간드 결합이 해당 [12][13]영역에 특이적인 모노클로널 항체에 의해 차단될 수 있으므로 면역지배영역으로 지정된다.이 지역은 [10]분자의 친수성이 가장 높은 부분을 포함하고 있다.

172개의 고도로 보존된 소수성 아미노산 클러스터를 포함하는 중앙에 위치한 소수성 도메인은 [5][6]단백질의 효소적 부분의 전위에 중요한 것으로 생각된다.

작용 메커니즘

TcdA는 세포에 접근하기 위해 세포내이증을 통해 숙주세포에 내장되어야 한다.수용체 결합은 산성 [6]엔도솜의 세포내이식증(endocytosis)을 통해 세포에 진입하기 위해 필요한 첫 번째 단계이다.엔도솜의 낮은 pH는 TcdA [7][14]기능에 중요한 소수성 도메인의 노출과 같은 구조적 변화를 유도한다.

TcdA의 N 말단 도메인은 UDP-글루코스로부터 포도당 분자를 전달하고 표적 [6]분자의 보존된 아미노산에 공유 결합하는 글루코트랜스퍼라아제 반응을 촉매하는 기능을 한다.따라서 TcdA는 글루코실화를 촉매하고 작은 GTPases의 [9]Ras 계열에서 표적 분자의 후속 불가역적 불활성화를 촉진한다.이러한 표적 분자는 RhoA, Rac 및 Cdc42를 포함하며, RhoA는 진핵생물 액틴 세포 골격의 조절 단백질이며 [7]많은 다양한 세포 신호 경로의 조절체이다.

세포내 표적

TcdA는 주로 Rho, Rac 및 Cdc42를 대상으로 합니다.이 분자들은 세포 신호 전달의 중요한 조절제이다.Rho, Rac 및 Cdc42 등의 소규모 GTPas는 액티브 GTP 바인드스테이트와 비액티브 GDP [7]바인드스테이트를 번갈아 가면서 액티비티를 조절합니다.구아닌 교환인자(GEF)는 GTP와 [15]GDP의 교환을 조절한다.

TcdA 글루코실화는 뉴클레오티드당인 UDP-글루코스에서 RhoA GTPase의 Thr-37로 포도당 분자를 전달함으로써 RhoA를 촉진한다.Rac 및 Cdc42에서는 당분 부분이 Thr-35로 이행된다.글루코실화는 GTP의 적절한 결합을 방해하고 활성화를 [7]차단합니다.TcdA는 GTPase 단백질의 GDP 결합 형태에 우선적으로 작용하는데, 이는 이러한 구성이 [5]독소에 의해 글루코실화된 트레오닌 잔기를 노출시키기 때문이다.

RhoA는 액틴 세포 골격을 조절하고 응력 섬유와 국소 [16]유착을 형성합니다.TcdA를 통해 RhoA가 비활성화되면 다운스트림 이펙터와의 상호작용이 억제됩니다.이것은 장상피의 투과성을 증가시키는 액틴 세포골격의 변화로 이어진다.Rac과 Cdc42는 이동과 세포 이동에 중요한 필로포듐 형성에 관여한다.전반적으로 Rho, Rac 및 Cdc42는 모두 액틴 중합에 의존하는 세포에서 과정을 조절한다.TcdA에 노출된 후 세포가 경험하는 많은 생리학적 영향은 TcdA [7]표적에 의해 제어되는 액틴 중합 및 세포 경로의 규제 해제와 연관될 수 있다.

생리적 영향

세포형태학

TcdA에 대한 노출은 필라멘트 액틴(F-actin)의 감소로 인한 구조적 무결성 상실 및 구상 액틴의 [17]증가를 포함한 세포 형태학의 즉각적인 변화를 초래한다.액틴 필라멘트와 세포골격의 붕괴는 단단한 접합부의 투과성을 증가시켜 심각한 상피세포 손상과 액체 [18][19]분비를 초래한다.TcdA에 노출된 후 발생하는 점막 손상에 대해서는 체액의 축적과 분비가 이차적입니다.미세 필라멘트 시스템의 뚜렷한 변화는 세포 반올림과 세포 [17]사멸로 이어진다.이러한 변화는 Rho 단백질의 불활성화에서 비롯되며, Rho 단백질은 단단한 [7][20]접합부를 조절하는 데 중요한 역할을 한다.

아포토시스

아포토시스는 TcdA에 노출된 세포의 죽음을 설명하는 가장 가능성이 높은 메커니즘이다.Rho 불활성화는 아포토시스 경로의 두 가지 핵심 성분인 카스파아제-3과 카스파아제-9를 활성화할 수 있다.TcdA는 캐스파아제 활성화 및 Rho 불활성화를 통해 미토콘드리아막 파괴 및 시토크롬C 방출과 연결되어 TcdA가 아포토시스를 [21][22]유도할 수 있음을 더욱 시사한다.

임상적 의의

클로스트리디오이데스 디피실 관련 설사(CDAD)

동물모델은 TcdA가 설사, 호중구 침투, 장 점막의 염증, 상피세포의 괴사를 포함하는 것으로 나타났다.이 독소는 CDAD의 [18]주요 원인으로 여겨진다.TcdA는 장내 융모 끝을 손상시켜 브러시 테두리 막을 교란시켜 손상된 부위의 세포 침식과 누액으로 이어집니다.이 손상과 관련된 유체 반응은 클로스트리디오이데스 디피실 [17]감염과 관련된 설사를 일으킨다.

가성두막성 대장염

TcdA는 대장의 심각한 궤양인 C. 디피실 관련 가성막성 대장염(PMC)에서 발생하는 생리학적 변화를 유도할 수 있다.대장 점막에 대한 독소 손상은 섬유소, 뮤신, 죽은 세포의 축적을 촉진하여 대장 내 파편층(의사막)을 형성하여 염증 [5]반응을 일으킨다.TcdA 손상은 상피 투과성 증가, 사이토카인과 케모카인 생성, 호중구 침투, 활성산소종([23]ROS) 생성, 비만세포 활성화 및 장 점막에 직접적인 손상을 일으킨다.모든 것은 Rho GTPase [20]단백질의 TcdA 유도 불활성화에 기인할 수 있다.단단한 접합부의 상실은 호중구의 장내 진입을 제공하여 호중구 축적을 초래할 수 있다. PMC. TcdA 유도 사이토카인 생성 및 기타 염증 매개체는 PMC에서 볼 수 있는 염증 단계에 기여한다. TCDA에서 호중구, 대식세포 및 비만세포에 의한 TCDA 손상에 대한 침윤은 TCDA에서 볼 수 있다.는 종양 괴사인자 알파, IL-1, IL-6 및 기타 모노킨과 같은 다른 매개체의 생산 및 방출을 통해 염증 반응을 교정합니다.이러한 매개자는 장 점막에 추가적인 손상을 입히고 염증 반응을 증가시켜 PMC [24]지속성에 영향을 미칩니다.장벽에 큰 손상이 생기면 세균이 혈류로 유입돼 패혈증 쇼크나 [5]사망에 이를 수 있다.

독소 검출 및 진단

TcdA과 TcdB 클로스트리듐 성미가 까다로운 문화의 상층부의 체액에, filtrates에서 정화될 수 있어 있다.둘 다 독소 지속적으로 인간과 animals[25]에서 배설물 샘플에서 마커로 C남과 어울리지 않는 감염을 진단하는데 사용된다.[7]환자 Cdifficile에 감염된 90%그들의 의자에 세포 독성 활동을 하기 위해 발견되었다.화법 GTPases의 Glucosylation, cytoskelton의 붕괴로 연결하는 세포 라운딩에 소음이 발생하여GTPase 단백질 inactivates.한 조직 배양 분석 변기 샘플에서의 더 성미가 까다로운 독소를 감지하기 위해 개발되었다.[17]세포는 반올림 분석(세포 독성 분석)C남과 어울리지 않는 감염 진단하기 위해 개발되었다.[11](ELISAs)특정한 항체들로 TcdA과 TcdB을 감지하는 데 사용되었다 효소 assays Enzyme-linked.한 효소 면역 측정법으로 사용되어 세포 독성 분석은"금본위제"때 베로 세포 c. 성미가 까다로운 진단을 위해 쓰였다.[11]

TcdA과 TcdB의 C남과 어울리지 않는 감염에서 중요성.

1980년대와 1990년대 초반 이후 TcdA과 TcdB의 C남과 어울리지 않는 감염의 역할을 상당히 논란이 되고 있다.정화 독소를 방류 이전의 보고가 TcdA 혼자 감염의 증상에 가지 않는 한 TcdA과 결합되 TcdB 그렇게 할 수 없었던 것을 충분한 것을 시사했다.[7]보다 최근의 실험은 TcdB, 사실, 독성에 필수적인 것을 시사했다.[26]이전의 연구 결과는 세포 독소로 enterotoxin, TcdB하지만 나중에 둘 다 독소의 같은 메커니즘을 갖는 것으로 밝혀졌다 TcdA을 설립했다.[6]양쪽 모두 충분히 있는 독소의 발병에 C남과 어울리지 않는 감염의 역할을 조사하기 위해서, 햄스터 감염 실험에서 유전자 제거 시스템을 개발했다.영구적으로 tcdA, tcdB, 또는 둘 다(더블 녹아웃)을 까지, C남과 어울리지 않는 하나 또는 둘 다 독소를 생산하는 세포 독성의 활동,고 활동 직접 독성에 vivo에 번역될 수 있는데 공개되었다.또한 이중 tcdAtcdB을 쓰러트리완전히 독성에 희석된 것으로 밝혀졌다.전반적으로, 이 연구는 C. 디피실 감염에서 TcdA와 TcdB의 중요성을 증명하고 있으며, 두 독소 모두 세포독성이 [9]있다는 것을 보여준다.

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레퍼런스

  1. ^ Planche T, Aghaizu A, Holliman R, Riley P, Poloniecki J, Breathnach A, Krishna S (December 2008). "Diagnosis of Clostridium difficile infection by toxin detection kits: a systematic review". The Lancet Infectious Diseases. 8 (12): 777–84. doi:10.1016/S1473-3099(08)70233-0. PMID 18977696.
  2. ^ Edwards AN, Suárez JM, McBride SM (September 2013). "Culturing and maintaining Clostridium difficile in an anaerobic environment". Journal of Visualized Experiments (79): e50787. doi:10.3791/50787. PMC 3871928. PMID 24084491.
  3. ^ Peterson LR, Holter JJ, Shanholtzer CJ, Garrett CR, Gerding DN (August 1986). "Detection of Clostridium difficile toxins A (enterotoxin) and B (cytotoxin) in clinical specimens. Evaluation of a latex agglutination test". American Journal of Clinical Pathology. 86 (2): 208–11. doi:10.1093/ajcp/86.2.208. PMID 3739972.
  4. ^ Tucker KD, Carrig PE, Wilkins TD (May 1990). "Toxin A of Clostridium difficile is a potent cytotoxin". Journal of Clinical Microbiology. 28 (5): 869–71. doi:10.1128/JCM.28.5.869-871.1990. PMC 267826. PMID 2112562.
  5. ^ a b c d e Winkler ME, Wilson BJ, Salyers AA, Whitt DD (2010). Bacterial Pathogenesis: A Molecular Approach. Metals Park, Ohio: ASM. ISBN 978-1-55581-418-2.
  6. ^ a b c d e Chaves-Olarte E, Weidmann M, Eichel-Streiber C, Thelestam M (October 1997). "Toxins A and B from Clostridium difficile differ with respect to enzymatic potencies, cellular substrate specificities, and surface binding to cultured cells". Journal of Clinical Investigation. 100 (7): 1734–41. doi:10.1172/JCI119698. PMC 508356. PMID 9312171.
  7. ^ a b c d e f g h i j k l m Voth DE, Ballard JD (April 2005). "Clostridium difficile toxins: mechanism of action and role in disease". Clinical Microbiology Reviews. 18 (2): 247–63. doi:10.1128/CMR.18.2.247-263.2005. PMC 1082799. PMID 15831824.
  8. ^ a b Tan KS, Wee BY, Song KP (July 2001). "Evidence for holin function of tcdE gene in the pathogenicity of Clostridium difficile". J. Med. Microbiol. 50 (7): 613–9. doi:10.1099/0022-1317-50-7-613. PMID 11444771.
  9. ^ a b c Kuehne SA, Cartman ST, Heap JT, Kelly ML, Cockayne A, Minton NP (October 2010). "The role of toxin A and toxin B in Clostridium difficile infection". Nature. 467 (7316): 711–3. Bibcode:2010Natur.467..711K. doi:10.1038/nature09397. hdl:10044/1/15560. PMID 20844489. S2CID 4417414.
  10. ^ a b Dove CH, Wang SZ, Price SB, Phelps CJ, Lyerly DM, Wilkins TD, Johnson JL (February 1990). "Molecular characterization of the Clostridium difficile toxin A gene". Infection and Immunity. 58 (2): 480–8. doi:10.1128/IAI.58.2.480-488.1990. PMC 258482. PMID 2105276.
  11. ^ a b c Olling A, Goy S, Hoffmann F, Tatge H, Just I, Gerhard R (2011). "The repetitive oligopeptide sequences modulate cytopathic potency but are not crucial for cellular uptake of Clostridium difficile toxin A". PLOS ONE. 6 (3): e17623. Bibcode:2011PLoSO...617623O. doi:10.1371/journal.pone.0017623. PMC 3060812. PMID 21445253.
  12. ^ Sullivan NM, Pellett S, Wilkins TD (March 1982). "Purification and characterization of toxins A and B of Clostridium difficile". Infection and Immunity. 35 (3): 1032–40. doi:10.1128/IAI.35.3.1032-1040.1982. PMC 351151. PMID 7068210.
  13. ^ von Eichel-Streiber C, Laufenberg-Feldmann R, Sartingen S, Schulze J, Sauerborn M (May 1992). "Comparative sequence analysis of the Clostridium difficile toxins A and B". Molecular Genetics and Genomics. 233 (1–2): 260–8. doi:10.1007/bf00587587. PMID 1603068. S2CID 7052419.
  14. ^ Florin I, Thelestam M (December 1983). "Internalization of Clostridium difficile cytotoxin into cultured human lung fibroblasts". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research. 763 (4): 383–92. doi:10.1016/0167-4889(83)90100-3. PMID 6652117.
  15. ^ Zhou K, Wang Y, Gorski JL, Nomura N, Collard J, Bokoch GM (July 1998). "Guanine nucleotide exchange factors regulate specificity of downstream signaling from Rac and Cdc42". Journal of Biological Chemistry. 273 (27): 16782–6. doi:10.1074/jbc.273.27.16782. PMID 9642235.
  16. ^ Just I, Selzer J, von Eichel-Streiber C, Aktories K (March 1995). "The low molecular mass GTP-binding protein Rho is affected by toxin A from Clostridium difficile". Journal of Clinical Investigation. 95 (3): 1026–31. doi:10.1172/JCI117747. PMC 441436. PMID 7883950.
  17. ^ a b c d Lyerly DM, Krivan HC, Wilkins TD (January 1988). "Clostridium difficile: its disease and toxins". Clinical Microbiology Reviews. 1 (1): 1–18. doi:10.1128/cmr.1.1.1. PMC 358025. PMID 3144429.
  18. ^ a b Warny M, Vaerman JP, Avesani V, Delmée M (February 1994). "Human antibody response to Clostridium difficile toxin A in relation to clinical course of infection". Infection and Immunity. 62 (2): 384–9. doi:10.1128/IAI.62.2.384-389.1994. PMC 186119. PMID 8300199.
  19. ^ Hecht G, Pothoulakis C, LaMont JT, Madara JL (November 1988). "Clostridium difficile toxin A perturbs cytoskeletal structure and tight junction permeability of cultured human intestinal epithelial monolayers". Journal of Clinical Investigation. 82 (5): 1516–24. doi:10.1172/JCI113760. PMC 442717. PMID 3141478.
  20. ^ a b Nusrat A, Giry M, Turner JR, Colgan SP, Parkos CA, Carnes D, Lemichez E, Boquet P, Madara JL (November 1995). "Rho protein regulates tight junctions and perijunctional actin organization in polarized epithelia". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 92 (23): 10629–33. Bibcode:1995PNAS...9210629N. doi:10.1073/pnas.92.23.10629. PMC 40665. PMID 7479854.
  21. ^ Hippenstiel S, Schmeck B, N'Guessan PD, Seybold J, Krüll M, Preissner K, Eichel-Streiber CV, Suttorp N (October 2002). "Rho protein inactivation induced apoptosis of cultured human endothelial cells". American Journal of Physiology. Lung Cellular and Molecular Physiology. 283 (4): L830–8. doi:10.1152/ajplung.00467.2001. PMID 12225960. S2CID 7033902.
  22. ^ Brito GA, Fujji J, Carneiro-Filho BA, Lima AA, Obrig T, Guerrant RL (November 2002). "Mechanism of Clostridium difficile toxin A-induced apoptosis in T84 cells". The Journal of Infectious Diseases. 186 (10): 1438–47. doi:10.1086/344729. PMID 12404159.
  23. ^ Kelly CP, Becker S, Linevsky JK, Joshi MA, O'Keane JC, Dickey BF, LaMont JT, Pothoulakis C (March 1994). "Neutrophil recruitment in Clostridium difficile toxin A enteritis in the rabbit". Journal of Clinical Investigation. 93 (3): 1257–65. doi:10.1172/JCI117080. PMC 294078. PMID 7907603.
  24. ^ Flegel WA, Müller F, Däubener W, Fischer HG, Hadding U, Northoff H (October 1991). "Cytokine response by human monocytes to Clostridium difficile toxin A and toxin B". Infection and Immunity. 59 (10): 3659–66. doi:10.1128/IAI.59.10.3659-3666.1991. PMC 258935. PMID 1910012.
  25. ^ Lima AA, Lyerly DM, Wilkins TD, Innes DJ, Guerrant RL (March 1988). "Effects of Clostridium difficile toxins A and B in rabbit small and large intestine in vivo and on cultured cells in vitro". Infection and Immunity. 56 (3): 582–8. doi:10.1128/IAI.56.3.582-588.1988. PMC 259330. PMID 3343050.
  26. ^ Lyras D, O'Connor JR, Howarth PM, Sambol SP, Carter GP, Phumoonna T, Poon R, Adams V, Vedantam G, Johnson S, Gerding DN, Rood JI (April 2009). "Toxin B is essential for virulence of Clostridium difficile". Nature. 458 (7242): 1176–9. Bibcode:2009Natur.458.1176L. doi:10.1038/nature07822. PMC 2679968. PMID 19252482.