HEMOLIZYNA: CHARAKTERYSTYKA, RODZAJE, MECHANIZMY DZIAŁANIA - BIOLOGIA - 2025

Hemolizyny jest małym białkiem przyczyną porów w komórce erytrocytów i innych własnych krwinek membrany ssaków. Jest generalnie syntetyzowany i wydalany przez bakterie chorobotwórcze.

Białko to jest jedną z najpowszechniejszych toksyn mikrobiologicznych i najlepiej zbadaną. Czasami może powodować anemię hemolityczną, ponieważ liczba kanałów, przez które wychodzi wnętrze komórki, może nawet powodować lizę komórki.

Molecular structure of a Hemolysin (Źródło: Jawahar Swaminathan i pracownicy MSD w Europejskim Instytucie Bioinformatyki za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Ogólnie hemolizyna jest typową toksyną przewodu pokarmowego z gatunku Streptococcus. Jego funkcja pozwala bakteriom przełamać barierę nabłonkową przewodu pokarmowego i tym samym przemieszczać się przez krwioobieg w celu kolonizacji innych tkanek.

Najbardziej rozpowszechnioną formą hemolizyny w przyrodzie jest jej α-hemolizyna. Białko to jest jednym z najważniejszych czynników wirulencji większości szczepów Escherichia coli i niektórych Clostridii.

Większość infekcji dróg moczowych jest wywoływana przez szczepy Escherichia coli, które wytwarzają α-hemolizynę o właściwościach hemolitycznych.

Wytwarzanie hemolizyny i bakteriocyny w szczepach bakteryjnych jest powiązane z mechanizmem współzawodnictwa z innymi gatunkami, a produkcja obu toksyn wydaje się zależeć od tych samych determinantów genetycznych w genomie bakterii.

cechy

Hemolizyna składa się z siedmiu podjednostek, a gen, który ją koduje, ma siedem promotorów. Te siedem podjednostek wstawia się do błony plazmatycznej komórek docelowych i łącząc się, tworzy kanał jonowy, przez który uciekają metabolity z wnętrza komórki.

Hemolizyna jest zewnątrzkomórkową cytotoksyną zależną od wapnia (Ca + 2), która działa na błonę plazmatyczną komórek we krwi. Pory, które tworzy w błonie, są również hydrofilowe i powodują przedostawanie się wody do wnętrza komórki, co może prowadzić do lizy.

Hemolizyny są typowymi produktami białkowymi bakterii Gram-ujemnych i wszystkie mają dwie cechy:

1- Obecność bardzo małego peptydu (nonapeptydu) składającego się z powtórzeń aminokwasów glicyny i kwasu asparaginowego. Nonapeptydy hemolizyny znajdują się w pobliżu C-końcowej części pierwotnej struktury białka.

2- Wszystkie hemolizyny są wydzielane przez bakterie do środowiska zewnątrzkomórkowego przez transporter typu ABC (kaseta wiążąca ATP).

Wytwarzanie hemolizyny jest zwykle wykrywane w szczepach bakteryjnych poprzez wzrost na podłożu agarowym z krwią. W teście obserwuje się hemolityczne halo, produkt rozpadu czerwonych krwinek w pobliżu kolonii bakteryjnych.

Rodzaje

Istnieje kilka różnych rodzajów hemolizyn, które są klasyfikowane grecką literą na początku nazwy. Najbardziej przebadanymi i powszechnymi są hemolizyny α, β i γ, wszystkie produkowane przez szczep Staphylococcus aureus.

Rodzaje hemolizyny są klasyfikowane według zakresu komórek, które atakują, oraz według ich pierwotnej struktury białka.

α-hemolizyna

Białko to jest typowe dla szczepów Staphylococcus aureus i Escherichia coli; atakuje neutrofile, czerwone krwinki, limfocyty, makrofagi, dorosłe i embrionalne fibroblasty. Oddziałuje z polarnymi głowami lipidów błony plazmatycznej tych komórek, internalizując hydrofobowy ogon około 5 5 wewnątrz błony.

β-hemolizyna

Wytwarzana przez Staphylococcus aureus w mniejszym stopniu niż α-hemolizyna, β-hemolizyna atakuje głównie czerwone krwinki i wnika do błony komórkowej wyłącznie przez bogate w sfingomielinę domeny błony komórkowej.

γ-hemolizyna

Został również zaobserwowany u Staphylococcus aureus. Został sklasyfikowany jednocześnie jako białko hemolityczne i leukotoksyna, ponieważ wpływa na komórki polimorfojądrowe ludzi, monocyty, makrofagi, a rzadko nawet czerwone krwinki.

Ten typ γ-hemolizyny należy do najsłabiej scharakteryzowanych, dlatego znaczna część mechanizmu jej działania jest nieznana i nie była badana in vivo.

Mechanizmy działania

Mechanizm działania, który został stosunkowo jasno wyjaśniony, to mechanizm α-hemolizyny. Jednak ponieważ wszystkie są białkami hemolitycznymi, uważa się, że większość procesów jest wspólna dla wszystkich hemolizyn.

Naukowcy sugerują, że aby bakterie mogły wydzielać hemolizynę do środowiska, muszą znajdować się w mikrośrodowisku ubogim w składniki odżywcze, dlatego byłby to mechanizm, który powoduje, że komórka niszczy komórki docelowe i uzyskuje ich składniki odżywcze.

Mechanizm opisano w trzech etapach: wiązanie błon komórkowych, insercja i oligomeryzacja.

Wiązanie membranowe

Stwierdzono, że hemolizyny są zdolne do wiązania się z integrynami neutrofilów, aw erytrocytach białka te wiążą się z glikozylowanymi składnikami, takimi jak glikoproteiny, gangliozydy i glikoforyny błony komórkowej.

Niektórzy autorzy sugerują, że obecność receptorów w błonie nie jest niezbędna do wiązania hemolizyn. W każdym razie mechanizm ponownego zjadania białka przez komórki nie jest jeszcze dokładnie poznany.

Pory transbłonowe utworzone przez białko hemolizyny Staphylococcus (źródło: autorzy depozycji: Song, L., Hobaugh, M., Shustak, C., Cheley, S., Bayley, H., Gouaux, JE; autor wizualizacji: Użytkownik: Astrojan przez Wikimedia Commons)

Interakcja z membraną przebiega w dwóch etapach:

- Wiązanie początkowe (odwracalne): kiedy hemolizyna wiąże się z domenami błony wiążącymi wapń. Ten etap występuje na powierzchni i jest bardzo podatny na wyładowania elektrostatyczne.

- Wiązanie nieodwracalne: łączy domeny aminokwasowe ze składnikami lipidowymi zewnętrznej warstwy błony komórkowej komórek docelowych w celu utworzenia fizycznych wiązań pomiędzy związkami hydrofobowymi błony.

Wprowadzenie toksyny do błony

Α-Hemolizyna wstawia pozostałości 177 i 411 do pierwszej monowarstwy lipidowej. W środowisku pozakomórkowym hemolizyna jest związana z jonami wapnia, które indukują w nim uporządkowanie strukturalne i przyczyniają się do jego aktywacji.

To wstawienie utrwala nieodwracalne połączenie z błoną komórkową. Po uporządkowaniu hemolizyna staje się integralnym białkiem, ponieważ eksperymentalnie wykazano, że jedynym sposobem ekstrakcji jej z błony jest użycie detergentów, takich jak Triton X-100.

Oligomeryzacja

Gdy cała hemolizyna zostanie wprowadzona do błony plazmatycznej komórek docelowych, następuje oligomeryzacja 7 podjednostek, które ją tworzą, co kończy się utworzeniem silnie dynamicznych, ale zależnych od składu lipidów błony porów białkowych.

Zaobserwowano, że procesowi oligomeryzacji sprzyjają mikrodomeny lub tratwy lipidowe błony komórkowej. Regiony te mogą nie sprzyjać wiązaniu białka, ale sprzyjają oligomeryzacji tego samego po wstawieniu.

Im więcej hemolizyn wiąże się z błoną, tym więcej porów będzie się tworzyć. Ponadto hemolizyny mogą się wzajemnie oligomeryzować (sąsiednie) i tworzyć znacznie większe kanały.

Bibliografia

1. Bakás, L., Ostolaza, H., Vaz, WL, & Goñi, FM (1996). Odwracalna adsorpcja i nieodwracalne wstawienie alfa-hemolizyny Escherichia coli do dwuwarstw lipidowych. Czasopismo biofizyczne, 71 (4), 1869-1876.
2. Dalla Serra, M., Coraiola, M., Viero, G., Comai, M., Potrich, C., Ferreras, M.,… & Prévost, G. (2005). Dwuskładnikowe γ-hemolizyny Staphylococcus aureus, HlgA, HlgB i HlgC, mogą tworzyć mieszane pory zawierające wszystkie składniki. Journal of Chemical Information and Modeling, 45 (6), 1539-1545.
3. Gow, JA i Robinson, J. (1969). Właściwości oczyszczonej β-hemolizyny gronkowcowej. Journal of bakteriology, 97 (3), 1026-1032.
4. Ike, Y., Hashimoto, H. i Clewell, DB (1984). Hemolizyna z podgatunku Streptococcus faecalis zymogenes przyczynia się do zjadliwości u myszy. Infection and Immunity, 45 (2), 528-530.
5. Remington, JS, Klein, JO, Wilson, CB, Nizet, V. i Maldonado, YA (red.). (1976). Choroby zakaźne płodu i noworodka (tom 4). Filadelfia: Saunders.
6. Todd, EW (1932). Antygenowa hemolizyna paciorkowców. Journal of Experimental Medicine, 55 (2), 267-280.