Shiga-toksiinit

Shiga-toksiineiksi kutsutaan nykyään kaikkia niitä toksiineja, jotka ovat rakenteeltaan ja toiminnaltaan samankaltaisia kuin Shigella -suvun S. dysenteriae serotyyppi 1 -bakteerin tuottama Shiga-toksiini (Stx). Shiga-toksiinia tuottavat Escherichia coli (STEC) -kannat, joista tunnetuin lienee E. coli O157:H7, ovat yksi merkittävimmistä ruokamyrkytysten aiheuttajista maailmalla. STEC-kantojen tuottamia Shiga-toksiineja kutsutaan myös nimillä verotoksiinit (VT) ja Shiga-like -toksiinit (SLT). STEC-kantojen tuottamat toksiinit jaetaan kahteen pääryhmään, Stx1- ja Stx2-toksiineihin. Stx2-ryhmässä toksiineita on useita alatyyppejä (variantteja), kuten Stx2, Stx2c, Stx2d, Stx2e ja Stx2f. Yleisesti on havaittu, että Stx2 on toksisempi kuin Stx1, vaikka yksiselitteistä syytä tähän ei ole pystytty antamaan.

Shiga-toksiinien rakenne ja toimintamekanismi

Shiga-toksiinit kuuluvat isompaan kasvien ja bakteerien tuottamaan toksiiniperheeseen, jotka sitoutuvat ensin solun pinnan reseptoreihin, kulkeutuvat endosytoosilla solun sisälle ja tuhoavat solun inhiboimalla proteiinisynteesiä. Tällaisia toksiineita ovat muun muassa risiini ja koleratoksiini. Shiga-toksiinien rakenne on muotoa AB5, jossa on entsymaattinen A-osa ja solunpinnan reseptoriin sitoutuva, viidestä identtisestä B-yksiköstä koostuva B-osa. Holotoksiinin rakenteessa reseptoriin sitoutuva osa sijaitsee A-osan C-terminaalisessa päässä. Shiga-toksiinit ovat noin 70 kDa:n suuruisia; A-osa on noin 32 kDa ja kukin B-yksikkö noin 7,7 kDa. A-osa jaetaan vielä A1 (27,5 kDa) - ja A2 (4,5 kDa) -osiin, joiden välillä on sisäinen kysteiinien välinen disulfidisidos. A1-osalla on N-glykosidaasi-aktiivisuus ja vapauduttuaan sytosoliin se inhiboi aminoasyyli-tRNA:n sitoutumista ribosomiin poistamalla entsymaattisesti yhden spesifisen adeniinin eukarioottisolujen ribosomin 60S-alayksikön 28S rRNA:sta. A1-osan irtoaminen A2-osasta vaatii sekä proteolyyttisen prosessoinnin että disulfidisidoksen pelkistyksen.
Shigella-bakteerien tuottama Stx ja STEC-kantojen tuottama Stx1 ovat rakenteeltaan hyvin samankaltaisia, ne eroavat vain yhden A-osan aminohapon suhteen, mutta esimerkiksi Stx1- ja Stx2-toksiinien A-osan aminohapposekvensseillä on vain 55 % homologia. Lisäksi Stx2 ja sen variantit poikkeavat Stx1-toksiinista ja toisistaan B yksiköiden aminohapposekvenssien osalta, mikä vaikuttaa toksiinien kykyyn sitoutua solukalvon reseptoreihin. Stx- ja Stx2-toksiinien rakenteita tutkimalla on havaittu, että toksiineissa on useita kohtia, jotka ovat erilaisia. Näiden osien erilaisuus vaikuttaa toksiinimolekyylien konformaatioon ja konformaatiomuutosten arvellaan puolestaan vaikuttavan toksiinien patogeenisyyteen joko aktiivisen kohdan helpommalla saavutettavuudella tai B-osan korkeammalla affiniteetilla reseptoriin.

Kulkeutuminen Golgin laitteeseen

Solun sisällä Shiga-toksiinit kuljetetaan endosomista Golgin laitteen kautta endoplasmiseen kalvostoon (ER). Havaintoja on toksiinien kuljetuksesta myös lysosomeihin, missä ne hajotetaan. Solun pinnan reseptoreiden lipidiosan koostumuksen on ajateltu vaikuttavan siihen, mihin toksiinimolekyyliä kuljetetaan solun sisällä. Ei ole varmaa tietoa siitä, miten Shiga-toksiinit kulkeutuvat Golgin laitteeseen. Myöhäisten endosomien ja TGN:n (trans-Golgi network) välillä tunnetaan Rab9-välitteinen mekanismi, mutta tämän reitin inhiboiminen ei suoraan vaikuta Shiga-toksiinien kykyyn aiheuttaa solun kuolema. Siksi uskotaan, että Shiga-toksiinit saattavat kulkeutua Golgin laitteeseen ennemminkin varhaisista endosomeista. Useat tutkimukset ehdottavat erilaisia teorioita, jotka saattaisivat vaikuttaa toksiinien kuljetukseen endosomeista Golgin laitteeseen (kuten Rab11- ja Rab6a’-välitteiset mekanismit, v/t-SNARE -systeemi, reseptorimolekyylien lipidikoostumus ja solun kolesterolipitoisuus).