HEMOLYZÍN: VLASTNOSTI, TYPY, MECHANIZMY ÚČINKU - BIOLÓGIE - 2026

Hemolyzín je malý proteín, ktorý príčina póry v bunke erytrocytov a niektorých iných vlastných krvných buniek cicavcov membrány. Všeobecne sa syntetizuje a vylučuje patogénnymi baktériami.

Tento proteín je jedným z najbežnejších mikrobiálnych toxínov a ten, ktorý bol najlepšie študovaný. Niekedy to môže spôsobiť hemolytickú anémiu, pretože počet kanálov, ktorými prechádza vnútorný priestor bunky, môže dokonca spôsobiť lýzu buniek.

Molekulárna štruktúra hemolyzínu (Zdroj: pracovníci Jawahara Swaminathana a MSD v Európskom inštitúte pre bioinformatiku prostredníctvom Wikimedia Commons)

Všeobecne je hemolyzín typickým toxínom druhu Streptococcus intestinálneho traktu. Jeho funkcia umožňuje baktériám zlomiť epitelovú bariéru črevného traktu, a tak sa pohybovať cez krvné riečisko a kolonizovať ďalšie tkanivá.

Najbežnejšou formou, ktorú sa hemolyzín vyskytuje v prírode, je jeho a-hemolyzínová forma. Tento proteín je jedným z najdôležitejších virulenčných faktorov väčšiny kmeňov Escherichia coli a niektorých klostrídií.

Väčšina infekcií močových ciest je spôsobená kmeňmi Escherichia coli, ktoré produkujú a-hemolyzín s hemolytickými charakteristikami.

Produkcia hemolyzínu a bakteriocínu v bakteriálnych kmeňoch súvisí s konkurenčným mechanizmom proti iným druhom a zdá sa, že produkcia oboch toxínov závisí od rovnakých genetických determinantov v genóme baktérií.

vlastnosti

Hemolyzín je tvorený siedmimi podjednotkami a gén, ktorý ho kóduje, má sedem promótorov. Týchto sedem podjednotiek sa vkladá do plazmatickej membrány cieľových buniek a keď sa spoja, vytvoria iónový kanál, cez ktorý metabolity z vnútra bunky unikajú.

Hemolyzín je cytotoxín závislý od extracelulárneho vápnika (Ca + 2), ktorý pôsobí na plazmatickú membránu buniek v krvnom riečisku. Póry, ktoré vytvára v membráne, sú tiež hydrofilné a spôsobujú vstup vody do vnútra bunky, čo môže viesť k lýze.

Hemolyzíny sú typické proteínové produkty gramnegatívnych baktérií a všetky majú dve charakteristické vlastnosti:

1 - Prítomnosť veľmi malého peptidu (nonapeptidu) vytvoreného z opakovaní aminokyselín glycínu a kyseliny asparágovej. Nonapeptidy hemolyzínu sú umiestnené v blízkosti C-koncovej časti primárnej štruktúry proteínu.

2 - Všetky hemolyzíny sú baktériami vylučované do extracelulárneho prostredia prostredníctvom transportéra typu ABC (ATP-Binding Cassette).

Produkcia hemolyzínu sa zvyčajne zisťuje v bakteriálnych kmeňoch rastom v krvnom agarovom médiu. V teste sa pozoruje hemolytický halo, produkt rozkladu červených krviniek v blízkosti bakteriálnych kolónií.

druhy

Existuje niekoľko rôznych typov hemolyzínov, ktoré sú klasifikované gréckym písmenom na začiatku svojho mena. Najčastejšie študovanými a najbežnejšími sú a, P a y hemolyzíny, všetky produkované kmeňom Staphylococcus aureus.

Typy hemolyzínu sú klasifikované podľa rozsahu buniek, na ktoré útočia, a podľa ich primárnej štruktúry proteínu.

α-hemolysin

Tento proteín je typický pre kmene Staphylococcus aureus a Escherichia coli; Napáda neutrofily, červené krvinky, lymfocyty, makrofágy, dospelé a embryonálne fibroblasty. Interaguje s polárnymi hlavami lipidov plazmatickej membrány týchto buniek, aby internalizoval hydrofóbny chvost asi 5 Ӑ vo vnútri membrány.

β-hemolysin

P-hemolyzín, produkovaný Staphylococcus aureus v menšej miere ako a-hemolyzín, napáda hlavne červené krvinky a vstupuje do membrány výlučne cez sfingomyelínové domény bunkovej membrány.

γ-hemolysin

Bolo tiež pozorované u Staphylococcus aureus. Bol klasifikovaný ako hemolytický proteín a leukotoxín súčasne, pretože ovplyvňuje polymorfonukleárne bunky ľudí, monocyty, makrofágy a zriedka dokonca aj červené krvinky.

Tento typ y-hemolyzínu je jedným z najmenej charakterizovaných, preto veľa jeho mechanizmu účinku nie je známy a nebol skúmaný in vivo.

Akčné mechanizmy

Mechanizmus účinku, ktorý bol pomerne jasne objasnený, je mechanizmus a-hemolyzínu. Pretože však ide o hemolytické proteíny, väčšina procesov sa považuje za spoločnú pre všetky hemolyzíny.

Vedci naznačujú, že na to, aby baktérie vylučovali hemolyzín do životného prostredia, musia byť v mikroprostredí chudobnom na výživu, bude to mechanizmus, ktorý spúšťa bunku, aby zničila cieľové bunky a získala ich výživné látky.

Mechanizmus bol opísaný v troch krokoch: väzba, inzercia a oligomerizácia bunkovej membrány.

Membránová väzba

Zistilo sa, že hemolyzíny sa môžu viazať na neutrofilné integríny a v erytrocytoch sa ukázalo, že sa tieto proteíny viažu na glykozylované komponenty, ako sú glykoproteíny, gangliozidy a glykophoríny bunkovej membrány.

Niektorí autori naznačujú, že prítomnosť receptorov v membráne nie je nevyhnutná na to, aby došlo k väzbe hemolyzínov. Mechanizmus opätovného príjmu potravy v bunkách nie je v žiadnom prípade známy s presnosťou.

Transmembránové póry tvorené hemolyzínovým proteínom Staphylococcus (Zdroj: Autori depozície: Song, L., Hobaugh, M., Shustak, C., Cheley, S., Bayley, H., Gouaux, JE; autor vizualizácie: Používateľ: Astrojan prostredníctvom Wikimedia Commons)

Interakcia s membránou nastáva v dvoch krokoch:

- Počiatočná väzba (reverzibilná): keď sa hemolyzín viaže na vápnik viažuce domény membrány. Tento krok sa vyskytuje na povrchu a je veľmi citlivý na elektrostatický výboj.

- ireverzibilné spojenie: spája aminokyselinové domény s lipidovými zložkami vonkajšej vrstvy plazmatickej membrány cieľových buniek, aby sa vytvorili fyzikálne väzby medzi hydrofóbnymi zlúčeninami membrány.

Vloženie toxínu do membrány

Α-Hemolyzín vkladá zvyšky 177 a 411 do prvej lipidovej monovrstvy. V extracelulárnom prostredí je hemolyzín spojený s iónmi vápnika, ktoré v ňom indukujú štruktúrne usporiadanie a prispievajú k jeho aktivácii.

Táto inzercia konsoliduje ireverzibilné pripojenie k bunkovej membráne. Akonáhle dôjde k usporiadaniu, hemolyzín sa stáva integrálnym proteínom, pretože sa experimentálne ukázalo, že jediný spôsob, ako ho extrahovať z membrány, je použitie detergentov, ako je Triton X-100.

oligomerizace

Keď je všetok hemolyzín vložený do plazmatickej membrány cieľových buniek, nastáva oligomerizácia 7 podjednotiek, ktoré ju tvoria, ktorá končí tvorbou proteínového póru, veľmi dynamická, ale závisí od lipidového zloženia membrány.

Bolo pozorované, že proces oligomerizácie je podporovaný mikrodoménami alebo lipidovými pltami bunkovej membrány. Tieto oblasti nemusia uprednostňovať väzbu proteínu, ale uprednostňujú oligomerizáciu toho istého raz vloženého.

Čím viac hemolyzínov sa viaže na membránu, tým viac pórov sa vytvorí. Okrem toho sa hemolyzíny môžu navzájom oligomerizovať (susedné) a vytvárať oveľa väčšie kanály.

Referencie

1. Bakás, L., Ostolaza, H., Vaz, WL, & Goñi, FM (1996). Reverzibilná adsorpcia a nevratná inzercia alfa-hemolyzínu Escherichia coli do lipidových dvojvrstiev. Biofyzical journal, 71 (4), 1869-1876.
2. Dalla Serra, M., Coraiola, M., Viero, G., Comai, M., Potrich, C., Ferreras, M.,… & Prévost, G. (2005). Dvojzložkové y-hemolyzíny Staphylococcus aureus, HlgA, HlgB a HlgC, môžu vytvárať zmiešané póry obsahujúce všetky zložky. Žurnál chemických informácií a modelovanie, 45 (6), 1539-1545.
3. Gow, JA, a Robinson, J. (1969). Vlastnosti čisteného stafylokokového β-hemolyzínu. Journal of bakteriology, 97 (3), 1026-1032.
4. Ike, Y., Hashimoto, H., & Clewell, DB (1984). Hemolyzín Streptococcus faecalis poddruh zymogény prispieva k virulencii u myší. Infection and Immunity, 45 (2), 528-530.
5. Remington, JS, Klein, JO, Wilson, CB, Nizet, V. a Maldonado, YA (Eds.). (1976). Infekčné choroby plodu a novorodenca (zväzok 4). Philadelphia: Saunders.
6. Todd, EW (1932). Antigénny streptokokový hemolyzín. Journal of experimentálna medicína, 55 (2), 267-280.