Pore-formirajući proteini

*S.aureus* ()]]
**Pore-formirajući proteini** (**PFT**, također poznati kao **pore-formirajući toksini**) obično proizvode bakterije i uključuju brojne proteinske egzotoksine, ali ih mogu proizvoditi i drugi organizmi poput jabučnih puževa koji proizvode perivitelin-2 ili kišne gliste, koje proizvode lizenin. Često su citotoksični (tj. ubijaju ćelije), jer stvaraju neregulisane pore u membrani ciljanih ćelija.

## Tipovi
PFT-ovi se mogu podijeliti u dvije kategorije, ovisno o alfa-heliksnoj ili beta bačvastoj arhitekturi njihovog transmembranskog kanala koji mogu sadržavati bilo koji od sljedećih:
* Toksini koji formiraju alfa-pore
** npr. porodica Hemolizin E, aktinoporini, Korinebakterijski porin B, citolizin A iz *E. coli*.
* Toksini koji formiraju pore u beta-bačvi
** npr. α-Hemolizin (Slika 1), PVL – Panton-Valentine leukocidin, razni insekticidni toksini.

Ostale kategorije:
* Veliki beta-barelni toksini koji formiraju pore
** MACPF i holesterol-zavisni citolizin (CDC), gasdermin
* Binarni toksini
** npr., antraks toksin, Pleurotolizin
* Mali toksini koji formiraju pore
** npr., Gramicidin A

Prema TCDB, postoje sljedeće porodice toksina koji formiraju pore:
* 1.C.3 α-Hemolizinnska (αHL) porodica: 
* 1.C.4 Aerolizin porodica
* 1.C.5 ε-toksin porodica
* 1.C.11 RTX-toksin superporodica
* 1.C.12 Kompleks za napad na membranu/perforin superporodica
* 1.C.13 Leukocidin porodica
* 1.C.14 Citohemolizin (CHL) porodica
* 1.C.39 Tiol-aktivirana holesterol-zavisna porodica citolizina
* 1.C.43 Lizenin porodica
* 1.C.56 *Pseudomonas syringae* HrpZ porodica kationskih kanala
* 1.C.57 Porodica klostridijskih citotoksina
* 1.C.74 Zmijski citotoksin (SCT) porodica
* 1.C.97 Porodica pleurotolizina koji formiraju pore
### Beta-pore-formirajući toksini
β-PFT-ovi su tako nazvani zbog svojih strukturnih karakteristika: uglavnom se sastoje od domena zasnovanih na β-lancu. Imaju divergentne sekvence i Pfam ih klasifikuje u nekoliko porodica, uključujući Leukocidine, Etx-Mtx2, Toxin-10 i egerolizin. Rendgenske kristalografske strukture otkrile su neke zajedničke karakteristike: α-hemolizin i Panton-Valentineov leukocidin S su strukturno povezani. Slično tome, aerolizin i  klostridijski epsilon-toksin. and Mtx2 are linked in the Etx/Mtx2 family.

ß-PFT-ovi uključuju niz toksina od komercijalnog interesa za suzbijanje štetnih insekata. Ovi toksini su potentni, ali i vrlo specifični za ograničen raspon ciljanih insekata, što ih čini sigurnim biološkim sredstvima za suzbijanje.

Insekticidni članovi porodice Etx/Mtx2 uključuju Mtx2 od *Lysinibacillus sphaericus* koji može kontrolirati komarce koji prenose ljudske bolesti, kao i Cry15, Cry23, Cry33, Cry38, Cry45, Cry51, Cry60, Cry64 i Cry74 od *Bacillus thuringiensis* koji kontroliraju niz insekata štetočina koji mogu uzrokovati velike gubitke u poljoprivredi.

Insekticidni toksini u porodici Toxin_10 pokazuju ukupnu sličnost sa strukturama aerolizina i Etx/Mtx2 toksina, ali se razlikuju u dvije značajne karakteristike. Dok svi ovi toksini imaju glavni domen i veći, prošireni beta-list repni domen, u porodici Toxin_10, glavni domen se formira isključivo od N-terminalne regije primarne aminokiselinske sekvence, dok regije iz cijele proteinske sekvence doprinose glavnom domenu u Etx/Mtx2 toksinima. Osim toga, glavni domeni proteina Toksin-10 pokazuju lektinolike  karakteristike domena za vezivanje ugljikohidrata. Jedine prijavljene prirodne mete proteina Toksin-10 su insekti. Izuzev Cry36 i  Cry78, Toksin-10 Cry49 je ko-zavisan od člana porodice toksina s 3 domena Cry48 za svoju aktivnost protiv larvi komaraca roda *Culex*; i *Bacillus thuringiensis* Protein Cry35 toksina_10 stupa u interakciju s porodicom egerolizina Cry34 kako bi ubio zapadnu kukuruznu korijenovu glistu. > Ovaj par toksina je uključen u biljke otporne na insekte kao što je kukuruz SmartStax.

#### Način djelovanja
[thumb|300px | Strukturno poređenje porenog oblika α-[hemolizina (ružičasta/crvena) i rastvorljivog oblika PVL-a (blijedo zelena/zelena). Pretpostavlja se da se zeleni dio u PVL-u 'preokreće' u 'crvenu' konformaciju kao što se vidi kod α-hemolizina. (7AHL|1T5R

β-PFT-ovi su dimorfni proteini koji postoje kao rastvorljivi monomeri, a zatim se sastavljaju u multimerne sklopove koji čine poru. Slika 1 prikazuje poreni oblik α-hemolizina, prvu kristalnu strukturu β-PFT-a u njegovom porenom obliku. Sedam monomera α-hemolizina se spajaju i stvaraju poru u obliku gljive. 'Kapa' gljive nalazi se na površini ćelije, a 'stabljika' gljive prodire kroz ćelijsku membranu, čineći je propusnom (vidi kasnije). 'Stabljika' se sastoji od 14-lančane β-cijevi, s dva lanca donirana od svakog monomera.
Struktura *Vibrio cholerae* citolizina 3O44 u obliku pora je također heptameran; međutim gama-hemolizin, *Staphylococcus aureus* 3B07 otkriva oktomernu poru, posljedično sa 'stabljikom' od 16 lanaca. Struktura Panton-Valentine leukocidina S 1T5R pokazuje vrlo srodnu strukturu, ali u svom rastvorljivom monomernom stanju. To pokazuje da su lanci uključeni u formiranje 'stabljike' u vrlo različitoj konformaciji – prikazanoj na slici 2.
Dok je Bin toksin *Lysinibacillus sphaericus* sposoban formirati pore u vještačkim membranama i ćelije komaraca u kulturi, također uzrokuje niz drugih ćelijskih promjena, uključujući unos toksina u reciklirajuće endosome i proizvodnju velikih, autofagnih vezikula. a krajnji uzrok ćelijske smrti može biti apoptoza. Slični efekti na ćelijsku biologiju uočeni su i kod drugih aktivnosti Toksina-10  Ali uloge ovih događaja u toksičnosti tek treba da se utvrde.

##### Sastavljanje
Tranzicija između rastvorljivog monomera i membranski povezanog protomera u oligomer nije trivijalna: Vjeruje se da β-PFT-ovi slijede sličan put sastavljanja kao i CDC-i (vidi  kasnije), po tome što se prvo moraju sastaviti na površini ćelije (na način posredovan receptorima u neki slučajevi) u stanju prije pore. Nakon toga dolazi do velike konformacijske promjene u kojoj se formira dio koji premoštava membranu i ubacuje u membranu. Dio koji ulazi u membranu, nazvan glava, obično je apolaran i hidrofoban, što dovodi do energetski povoljnog umetanja toksina koji formira pore. moguće GPI sidra ili drugi šećeri za ε-toksin – ovi receptori pomažu u povećanju lokalne koncentracije toksina, omogućavajući oligomerizaciju i formiranje pora.

Komponenta BinB Toksin-10 Bin toksina *Lysinibacillus sphaericus* specifično prepoznaje GPI usidrenu alfa glikozidazu u srednjem crijevu komaraca rodova *Culex* i *Anopheles* ali ne i srodni protein koji se nalazi kod komaraca roda *Aedes*, što toksinu daje specifičnost.

#### Citoletalni efekti pore
Kada se pora formira, stroga regulacija onoga što može, a šta ne može ući/izaći iz ćelije je narušena. Joni i mali molekuli, kao što su aminokiseline i nukleotidi unutar ćelije, ističu, a voda iz okolnog tkiva ulazi. Gubitak važnih malih molekula u ćeliji može poremetiti sintezu proteina i druge ključne ćelijske reakcije. Gubitak jona, posebno kalcija, može uzrokovati lažno aktiviranje ili deaktiviranje puteva ćelijske signalizacije. Nekontrolisani ulazak vode u ćeliju može uzrokovati nekontrolisano oticanje ćelije: to uzrokuje proces koji se naziva stvaranje mjehurića, pri čemu se veliki dijelovi ćelijske membrane iskrivljuju i popuštaju pod rastućim unutrašnjim pritiskom. Na kraju, to može uzrokovati pucanje ćelije. Konkretno, eritrociti bez jedra pod utjecajem alfa-stafilotoksina podliježu hemolizi s gubitkom velikog proteina hemoglobina.

### Binarni toksini
Postoji mnogo različitih vrsta binarnih toksina. Termin binarni toksin jednostavno podrazumijeva dvodjelni toksin gdje su obje komponente neophodne za toksičnu aktivnost. Nekoliko β-PFT-ova formira binarne toksine.
Kao što je gore spomenuto, većina proteina porodice Toksin-10 djeluje kao dio binarnih toksina s partnerskim proteinima koji mogu pripadati Toksin-10 ili drugim strukturnim porodicama. Međudjelovanje pojedinačnih komponenti do danas nije dobro proučeno. Drugi beta-toksini od komercijalnog značaja također su binarni. To uključuje toksin Cry23/Cry37 iz *Bacillus thuringiensis*. Ovi toksini imaju određenu strukturnu sličnost sa binarnim toksinom Cry34/Cry35, ali nijedna komponenta ne pokazuje podudaranje sa utvrđenim Pfam porodicama, a karakteristike većeg proteina Cry23 imaju više zajedničkog sa porodicom Etx/Mtx2 nego sa porodicom Toksin-10 kojoj pripada Cry35.

#### Enzimski binarni toksini
Neki binarni toksini se sastoje od enzimske komponente i komponente koja je uključena u membranske interakcije i ulazak enzimske komponente u ćeliju. Komponenta koja interaguje sa membranom može imati strukturne domene koje su bogate beta listovima. Binarni toksini, kao što su letalni i edema toksini antraksa (Glavni članak: Toksin antraksa), *C. perfringens* iota toksin i *C. difficile* cito-letalni toksini sastoje se od dvije komponente (dakle *binarni*):

* enzimska komponenta – **A**
* komponenta koja mijenja membranu – **B**

Kod ovih enzimskih binarnih toksina, **B** komponenta olakšava ulazak enzimskog 'korisnog tereta' (A podjedinice) u ciljnu ćeliju, formirajući homooligomerne pore, kao što je gore prikazano za βPFT-ove. **A** komponenta zatim ulazi u citosol i inhibira normalne ćelijske funkcije na jedan od sljedećih načina:

#### ADP-ribozilacija
ADP-ribozilacija je uobičajena enzimska metoda koju koriste različiti bakterijski toksini iz različitih vrsta. Toksini poput iota toksina *C. perfringens* i C2 toksina *C. botulinum* vežu ribozil-ADP dio na površinski argininskog ostatak 177 G-aktina. To sprječava sastavljanje G-aktina u F-aktin, te se stoga citoskelet raspada, što rezultira smrću ćelija. Insekticidni članovi porodice ADP-riboziltransferaze toksina uključuju Mtx1 toksin *Lysinibacillus sphaericus*. i Vip1/Vip2 toksin  *Bacillus thuringiensis* i neki članovi toksin kompleksa (Tc) toksina iz gram negativnih bakterija kao što su vrste *Photorhabdus* i *Xenorhabdus*. Regije bogate beta slojem Mtx1 proteina su sekvence slične lektinu, koje mogu biti uključene u interakcije glikolipida.

#### Proteoliza mitogenom aktiviranih protein kinaza kinaza (MAPKK)
**A** komponenta smrtonosnog toksina antraks toksina je cink-metaloproteaza, koja pokazuje specifičnost za konzerviranu porodicu mitogenom aktiviranih protein kinaza. Gubitak ovih proteina rezultira prekidom ćelijske signalizacije, što zauzvrat čini ćeliju neosjetljivom na vanjske podražaje – stoga se ne pokreće imunološki odgovor.

#### Povećanje intracelularnih nivoa cAMP-a
Edemski toksin antraks toksina pokreće priliv kalcijskih jona u ciljnu ćeliju. To potom povećava intraćelijske nivoe cAMP-a. Ovo može duboko promijeniti bilo koju vrstu imunskog odgovora, inhibirajući proliferaciju leukocita, fagocitozu i oslobađanje proupalnih citokina.

### Holesterol-zavisni citolizini
thumb|300px|right| EM rekonstrukcija pre-pore pneumolizina
[thumb|right|400px|a) Struktura perfringolizina O  b) struktura PluMACPF. Studije pneumolizina pomoću [elektronski mikroskop|elektronske mikroskopije pokazuju da se on sastavlja u velike multimerne komplekse periferna membrana prije nego što prođe kroz konformacijsku promjenu u kojoj se grupa α-heliksa u svakom monomeru mijenja u proširene, amfipatske β-ukosnice koje premošćavaju membranu, na način koji podsjeća na α-hemolizin, iako u mnogo većoj mjeri (Slika 3). CDC-i su homologni porodici toksina koji formiraju pore MACPF, i sugerira se da obje porodice koriste zajednički mehanizam (Slika 4). Eukariotski MACPF proteini funkcionišu u imunskoj odbrani i nalaze se u proteinima kao što su perforin i komplement C9 iako je perivitelin-2 MACPF vezan za lektin za dostavu koji ima enterotoksična i neurotoksična svojstva prema miševima.

Porodica visoko konzerviranih citolizina zavisnih od holesterola, blisko povezanih s perfringolizinom iz *Clostridium perfringens*, proizvodi se od strane bakterija iz cijelog reda Bacillales i uključuje antrolizin, alveolizin i sferikolizin.

## Biološka funkcija
Bakterije mogu uložiti mnogo vremena i energije u stvaranje ovih toksina: CPE može činiti do 15% suhe mase *C. perfringens* u vrijeme sporulacije. Smatra se da je svrha toksina jedna od sljedećih:
* Odbrana od fagocitoze, npr. pomoću makrofaga.
* Unutar domaćina, izazivajući odgovor koji je koristan za proliferaciju bakterija, na primjer kod kolere. ili u slučaju insekticidnih bakterija, ubijajući insekta kako bi se osigurao bogat izvor hranjivih tvari u lešu za rast bakterija.
* Hrana: Nakon što ciljna ćelija pukne i oslobodi svoj sadržaj, bakterije mogu pokupiti ostatke radi hranjivih tvari ili, kao što je gore navedeno, bakterije mogu kolonizirati leševe insekata.
* Okolina: imunski odgovor sisara pomaže u stvaranju anaerobnog okruženja koje je anaerobnim bakterijama potrebno.

## Također pogledajte
*Egzotoksin

## Reference 
## Dodatni zzvori
* 
* A deadly toxin with a romantic name: Panton-Valentine Leukocidin complex. PDBe Quips

## Vanjski linkovi 
* 

Kategorija:Toksini
Kategorija:Periferni membranski proteini