Toxina da síndrome de choque tóxico-1

A toxina da síndrome de choque tóxico-1 (TSST-1) é un superantíxeno cun tamaño de 22 kDa producido por entre o 5 e o 25% dos illamentos de Staphylococcus aureus. Os efectos desta toxina causan a síndrome de choque tóxico ao estimularen a liberación de grandes cantidades de interleucina-1, interleucina-2 e factor de necrose tumoral. En xeral, a toxina non se produce polas bacterias que crecen no sangue, senón no sitio local da infección, e despois a toxina entra no torrente circulatorio. Características
A toxina da síndrome de choque tóxico-1 (TSST-1) é un superantíxeno segregado por unha cepa da bacteria Staphylococcus aureus en hóspedes susceptibles, que actúa sobre o sistema vascular causando inflamación, febre e choque. Esta cepa bacteriana pode encontrarse en calquera parte do corpo, pero vive principalmente na vaxina de mulleres infectadas. A TSST-1 é unha exotoxina bacteriana que se encontra en pacientes que desenvolveron a síndrome de choque tóxico (TSS nas súas siglas en inglés), que se pode dar maiormente en mulleres menstruantes, pero tamén en homes e nenos. Un terzo e todos os casos de síndrome de choque tóxico danse en homes. Nestes casos a causa non é, obviamente, o sangrado menstrual, senón as feridas na pel ou cirúrxicas. A TSST-1 é a causa do 50% dos casos non menstruais e do 100% dos casos menstruais. Estrutura
A secuencia nucleotídica da TSST-1 consta dun marco de lectura aberto de 708 pares de bases e unha secuencia Shine-Dalgarno que está sete pares de bases augas abaixo do sitio de inicio. En toda a secuencia de nucleótidos só 40 aminoácidos forman o péptido sinal. O péptido sinal consta de 1 a 3 aminoácidos básicos terminais, unha rexión hidrofóbica de 15 residuos, unha prolina (Pro) ou glicina (Gly) no núcleo da rexión hidrofóbica, unha serina (Ser) ou treonina (Thr) preto do extremo carboxilo terminal do núcleo hidrofóbico e unha alanina (Ala) ou glicina (Gly) no sitio de clivaxe. Unha proteína TSST-1 madura ten unha secuencia codificante de 585 pares de bases. A secuencia nucleotídica completa determinárona Blomster-Hautamaazg, et al. , así como outros investigadores noutros experimentos diferentes. A estrutura da holotoxina TSST-1 consta dunha soa cadea polipeptídica, é tridimensional e contén un dominio alfa (α) e outro beta (β). A súa estrutura tridimensional determinouse purificando cristais da proteína. Os dominios son adxacentes e posúen características únicas. O dominio A, que é o máis grande dos dous, contén os residuos 1-17 e 90-194 da TSST-1 e consta dunha longa hélice alfa cos residuos 125-140 rodeados por unha folla beta de 5 febras. O dominio B é moi caracterísitco e contén os residuos 18-89 e ten forma de barril beta con 5 febras β. Os métodos cristalográficos mostraron que o barril β interno do domino B contén varios aminoácidos hidrofóbicos e hai residuos hidrófilos na superficie do dominio, o cal permite que a TSST-1 cruce superficies mucosas epiteliais. Aínda que a TSST-1 consta de varios aminoácidos hidrofóbicos, esta proteína é moi soluble en auga. A TSST-1 é resistente á calor e á proteólise. Demostrouse que a TSST-1 pode ferverse durante máis dunha hora sen que se observe nela desnaturalización nin efectos directos sobre a súa función. Produción
A TSST-1 é unha proteína codificada no xene tstH, que forma parte do elemento xenético móbil illa de patoxenicidade 1 estafilocócica. A toxina prodúcese en grandes cantidades durante a fase exponencial de crecemento, que é similar en superantíxenos de toxinas piroxénicas (PTSAgs). Para producir a TSST-1 cómpre oxíxeno, ademais da presenza no medio de proteína animal, baixos niveis de glicosa e temperaturas entre 37-40 °C. A produción é óptima a pH próximo á neutralidade e con niveis de magnesio baixos, e aumenta máis se hai grandes concentracións de S. aureus, o cal indica a súa importancia para establecer a infección.
A TSST-1 diferénciase doutros superantíxenos de toxinas piroxénicas en que a súa secuencia xenética non ten homólogo entre as doutros superantíxenos. A TSST-1 non ten un bucle de cisteína, que é unha importante estrutura noutros superantíxenos de toxinas piroxénicas.
A TSST-1 tamén é diferente doutros superantíxenos deste tipo pola súa capacidade de cruzar as membranas mucosas, o cal explica que sexa un factor importante na síndrome de choque tóxico menstrual.
Cando se traduce a proteína, está en forma de proproteína e só pode saír da célula unha vez que se corta a secuencia sinal. O locus agr (regulador de xene accesorio) é un dos sitios clave da regulación positiva de moitos xenes de S. aureus, incluíndo o da TSST-1. Ademais, as alteracións na expresión dos xenes ssrB e srrAB afectan a transcrición de TSST-1. Por último, os niveis altos de glicosa inhiben a transcrición, xa que a glicosa actúa realizando unha represión por catabolito.
Mutacións
Baseándose no estudo de varias mutacións desta proteína, parece que as porcións superantixénica e letal da proteína están separadas. Unha variante en particular, a TSST-ovina ou TSST-O, foi importante para determinar as rexións de importancia biolóxica da TSST-1. A TSST-O non causa síndrome de choque tóxico, e non é mitoxénica e difire en secuencia da TSST-1 en 14 nucleótidos, o cal corresponde a 9 aminoácidos. Dous deles son cortados e separados como parte da secuencia sinal e, por tanto, non son importantes nas diferenzas de función observadas. A partir dos estudos das diferenzas entre estas dúas proteínas, descubriuse que o residuo 135 é fundamental tanto para a letalidade coma para a mitoxenicidade, mentres que as mutacións nos residuos 132 e 136 causaban que a proteína perdese a súa capacidade de causar síndrome de choque tóxico, aínda que seguía habendo signos de superantixenicidade. Se a lisina no residuo 132 da TSST-O se cambia a glutamato, o mutante recupera pouca superantixenicdade, pero faise letal, o que significa que a capacidade de causar síndrome de choque tóxico é o resultado da incorporación do glutamato no residuo 132. A perda de actividade por culpa destas mutacións non se debe a cambios na conformación da proteína, senón a que estes residuos parecen ser esenciais nas interaccións cos receptores de células T. Illamento
As mostras de TSST-1 poden purificarse de cultivos bacterianos para usalos en experimentos in vitro, aínda que isto non é o ideal porque hai moitos factores que contribúen á patoxénese no ambiente in vivo. Adicionalmente, cultivar bacterias in vitro proporciona un ambiente rico en nutrientes, en contraste coa realidade dos experimentos in vivo, nos cales os nutrientes adoitan ser máis escasos. A TSST-1 pode purificarse por medio dun isoelectroenfoque preparativo para usalo in vitro ou para modelos animais utilizando unha bomba miniosmótica. Mecanismo
Un superantíxeno como TSST-1 estimula as células T humanas que expresan o receptor Vβ 2, as cales poden supoñer do 5 ao 30% de todas as células T. Os superantíxenos de toxinas piroxénicas inducen a expansión específica de Vβ de poboacións de linfocitos T CD4 e CD8. A TSST-1 forma homodímeros na maioría das súas formas que foron cristalizadas. Os superantíxenos mostran unha arquitectura notablemente conservada e están divididos en dominios N- e C-terminais. Utilizouse a análise mutacional para mapar as supostas rexións de unión da TSST-1 ao TCR do linfocito nun sitio localizado na fenda da parte posterior da molécula. Se o TCR do linfocito ocupa este sitio, a hélice alfa amino terminal forma unha gran cuña entre o TCR e as moléculas do complexo maior de histocompatibilidade de clase II (MHC II) da superficie celular. A cuña separaría fisicamente o TCR das moléculas do MHC II. Crese que podería existir un novo dominio no superantíxeno que está separado do TCR e dos dominios de unión do MHC II. Este novo dominio consta dos residuos 150 a 161 na enterotoxina estafilocócica SEB, e existen tamén rexións similares en todos os outros superantíxenos. Neste estudo un péptido sintético que contén esta secuencia mostrou a capacidade de impedir a letalidade inducida polo superantíxeno en ratos sensibilizados á D-galactosamina coa TSST-1 estafilocócica, así como con outros superantíxenos. Hai diferenzas significativas entre as secuencias dos alelos do MHC II e elementos TCR Vβ expresados por diferentes especies e estas diferenzas teñen importantes efectos na interacción de superantíxenos de toxina piroxénica con moléculas do MCH II e TCR.
Sitio de unión
A TSST-1 únese principalmente á cadea alfa das moléculas do complexo maior de histocompatibilidade de clase II (MHC II) única e exclusivamente por medio dun sitio de unión de baixa afinidade (ou xenérico) situado no dominio N-terminal do superantíxeno. Isto é o contrario do que ocorre con outros superantíxenos como DEA e SEE, que se unen por dous sitios: únense ao MHC II polo sitio de baixa afinidade e á cadea beta por un sitio de alta afinidade. Este sitio de alta afinidade é un sitio dependente do cinc situado no dominio C-terminal do superantíxeno. Cando este sitio está unido ao péptido, esténdese sobre parte da fenda de unión, fai contacto co péptido unido e despois únese a rexións das cadeas alfa e beta. A unión do MHC coa TSST-1 é parcialmente dependente do péptido. Estudos de mutaxénese realizados coa toxina SEA indicaron que ambos os sitios de unión son necesarios para unha activación óptima das células T. Estes estudos con TSST-1 indican que o dominio de unión ao TCR encóntrase na parte superior do lado posterior desta toxina, aínda que a interacción completa aínda está por determinar. Indicouse tamén que o sitio de unión ao TCR da TSST-1 está mapado na fenda maior da hélice alfa central ou a curta hélice alfa amino terminal. Os residuos do motivo garra da TSST-1 interaccionan principalmente coa rexión invariable da cadea alfa desta molécula do MHC II. Os residuos que establecen contactos menores coa TSST-1 tamén se identificaron na cadea β HLA-DR1, así como o péptido antixénico, localizado na fenda entre as cadeas. A disposición da TSST-1 con respecto á molécula MHC II impón restricións estéricas sobre o complexo de tres compoñentes composto pola TSST-1, o MHC II e o TCR.
Análise mutacional
Os estudos iniciais de mutantes revelaron que os residuos do lado posterior da hélice alfa central eran necesarios para a actividade de superantíxeno. Cambiar a histidina na posición 135 a unha alanina causaba que a TSST-1 non fose nin letal nin superantixénica. Os cambios en residuos que estaban moi próximos a H135A tamén tiñan o efecto de diminuíren a letalidade e a superantixenicidade destes mutantes. Porén, a maioría destes mutantes non orixinan a perda de antixenicidade da TSST-1. Os tests feitos usando toxinas TSST-1 mutadas indican que as propiecdades letal e superantixénica son separables. Cando a Lys-132 da TSST-O se cambiaba por Glu, o mutante resultante era completamente letal pero non superantixénico. Os mesmos resultados, letal pero non superantixénico, atopáronse na TSST-1 Gly16Val. Propúxose que os residuos Gly16, Glu132 e Gln 136, localizados na parte de atrás da fenda do lado posterior da suposta rexión de unión ao TCR da TSST-1, tamén forman parte dun segundo sitio funcionalmente letal da TSST-1.