二成分毒素
炭疽症例の95%以上は皮膚炭疽である。汚染されたウールや毛皮などの取り扱い中に、露出部の手、腕、頭などの創傷から菌または芽胞が侵入して、2~3日の潜伏期をおいて、かゆみのある皮膚丘疹、次いで水疱となる。その中心部は壊死し、乾燥して黒い痂皮ができ、その周囲には浮腫と皮下出血による赤紫色の水疱を伴う。無痛性であり悪性膿疱(eschar、エスカー)とよばれる。重症例では敗血症や髄膜炎を起こし死に至る。未治療の死亡率は20%である。
致死因子(leathal factor、LF)はPA63の七量体でありポア前駆体に結合することで細胞内に取り込まれる。エンドソームの酸性化によりポア前駆体はエンドソーム膜に入り込み、膜に孔が形成される。致死因子はこの孔を通って宿主細胞室内に侵入する。致死因子はメタロプロテアーゼ活性をもつ。最終的に組織の出血・壊死を起こす。
防御抗原(protective antigen、PA)はプラスミドpXO1上のpag遺伝子にコードされる。成熟タンパク質は735アミノ酸からなる。菌より分泌された防御抗原は細胞の炭疽菌毒素受容体(ATR)に結合する。ATRはI型膜タンパク質の一種でフォンウィレブランド因子Aドメインを細胞外に持っており、このドメインに防御抗原が直接結合する。受容体に結合した防御抗原は細胞表面のフーリンなどのプロテアーゼによって19kDa断片(PA20)と63kDa断片(PA63)に切断される。PA63は七量体を形成し、ポア前駆体が構築される。このポア前駆体に浮腫因子または致死因子が結合するとこれらの毒素が細胞内に取り込まれる。
X線による三次元構造解析から防御抗原は平べったくひょろりとした構造で4つのドメインからなり、β構造が多く、ヘリックス構造が少ないと推定された。Domain1は1~258番目までのアミノ酸から成る領域である。酵素成分である浮腫因子や致死因子との相互作用に関わる。162~174領域内にあるループ構造によりさらに2つにわけられる。このループ内にはトリプシンやフーリンなどのプロテアーゼで切断される164~167番目のアミノ酸配列(RKKR)があり、PA63を産出するための構造を有する。Domain2は259~487番目のアミノ酸から成る領域である。Domain2はPA63による七量体の中心を形成する。膜侵入領域である。Domain3は488~595番目のアミノ酸からなる領域である。最も小さなドメインでオリゴマー形成にかかわると予想されるが機能がよくわかっていない。Domain4は596~735番目のアミノ酸からなる領域でレセプター結合部位である。