La toxina-1 del síndrome de shock tóxico ( TSST-1 ) es un superantígeno con un tamaño de 22 kDa [1] producido por el 5 al 25% de los aislamientos de Staphylococcus aureus . Provoca el síndrome de shock tóxico (SST) al estimular la liberación de grandes cantidades de interleucina-1 , interleucina-2 y factor de necrosis tumoral . En general, la toxina no es producida por bacterias que crecen en la sangre; más bien, se produce en el sitio local de una infección y luego ingresa al torrente sanguíneo.
La toxina 1 del síndrome de shock tóxico (TSST-1), un superantígeno prototipo secretado por una cepa de la bacteria Staphylococcus aureus en huéspedes susceptibles, actúa sobre el sistema vascular provocando inflamación, fiebre y shock. [2] La cepa de la bacteria que produce la TSST-1 se puede encontrar en cualquier zona del cuerpo, pero vive principalmente en la vagina de las mujeres infectadas. La TSST-1 es una exotoxina bacteriana que se encuentra en pacientes que han desarrollado el síndrome de shock tóxico (SST), que se puede encontrar en mujeres que menstrúan o en cualquier hombre o niño. [3] Un tercio de todos los casos de SST se han encontrado en hombres. [4] Esta estadística podría deberse posiblemente a heridas quirúrgicas o a cualquier herida en la piel. [4] La TSST-1 es la causa de la mitad de los casos de SST no menstruales y la única causa de los casos de SST menstruales. [5]
En la secuencia de nucleótidos de TSST-1, hay un marco de lectura abierto de 708 pares de bases y una secuencia Shine-Dalgarno que está siete pares de bases aguas abajo del sitio de inicio. [6] En toda la secuencia de nucleótidos, solo 40 aminoácidos componen el péptido señal. Un solo péptido señal consta de un extremo terminal de 1 a 3 aminoácidos básicos, una región hidrofóbica de 15 residuos, una prolina (Pro) o glicina (Gly) en la región central hidrofóbica, un aminoácido serina (Ser) o treonina (Thr) cerca del extremo carboxilo terminal del núcleo hidrofóbico y una alanina (Ala) o glicina (Gly) en el sitio de escisión. [6] Una proteína TSST-1 madura tiene una secuencia codificante de 585 pares de bases. [6] La secuencia completa de nucleótidos fue determinada por Blomster-Hautamaazg, et al., así como por otros investigadores con otros experimentos. [6] Consiste en una sola cadena polipeptídica, la estructura de la holotoxina TSST-1 es tridimensional y consta de un dominio alfa (α) y beta (β). [1] Esta estructura tridimensional de la proteína TSST-1 se determinó purificando los cristales de la proteína. [1] Los dos dominios son adyacentes entre sí y poseen cualidades únicas. El dominio A, el más grande de los dos, contiene los residuos 1-17 y 90-194 en TSST-1 y consta de una hélice alfa (α) larga con los residuos 125-140 rodeados por una lámina beta (β) de 5 hebras. [1] [5] El dominio B es único porque contiene los residuos 18-89 en TSST-1 y consiste en un barril (β) formado por 5 cadenas β. [1] Los métodos de cristalografía muestran que el barril β interno del dominio B contiene varios aminoácidos hidrofóbicos y residuos hidrofílicos en la superficie del dominio, lo que permite que TSST-1 atraviese las superficies mucosas de las células epiteliales. [1] Aunque TSST-1 consta de varios aminoácidos hidrofóbicos, esta proteína es altamente soluble en agua. [5] TSST-1 es resistente al calor y a la proteólisis. Se ha demostrado que TSST-1 puede hervirse durante más de una hora sin ninguna presencia de desnaturalización o efecto directo sobre su función. [5]
La TSST-1 es una proteína codificada por el gen tst , que forma parte del elemento genético móvil de la isla de patogenicidad estafilocócica 1. [1] La toxina se produce en mayores volúmenes durante la fase de crecimiento postexponencial, que es similar entre los superantígenos de toxinas pirogénicas, también conocidos como PTSAgs. [1] Se requiere oxígeno para producir TSST-1, [7] además de la presencia de proteína animal, niveles bajos de glucosa y temperaturas entre 37 y 40 °C (99 y 104 °F). [1] La producción es óptima en pH cercanos a la neutralidad y cuando los niveles de magnesio son bajos, [8] y se amplifica aún más por altas concentraciones de S. aureus , lo que indica su importancia para establecer la infección. [1]
TSST-1 se diferencia de otros PTSAgs en que su secuencia genética no tiene un homólogo con otras secuencias de superantígenos. [1] TSST-1 no tiene un bucle de cisteína , que es una estructura importante en otros PTSAgs. [9] TSST-1 también es diferente de otros PTSAgs en su capacidad para atravesar las membranas mucosas , por lo que es un factor importante en el TSS menstrual. [1] Cuando la proteína se traduce, está en forma de proproteína y solo puede salir de la célula una vez que se ha escindido la secuencia señal. [1] El locus agr ( regulador del gen accesorio ) [a] es uno de los sitios clave de regulación positiva para muchos de los genes de S. aureus , incluido TSST-1. [9] Además, las alteraciones en la expresión de los genes ssrB y srrAB afectan la transcripción de TSST-1. [7] Además, los niveles elevados de glucosa inhiben la transcripción, ya que la glucosa actúa como un represor catabólico . [1]
Con base en estudios de varias mutaciones de la proteína, parece que las porciones superantigénicas y letales de la proteína están separadas. [1] Una variante en particular, TSST-ovine o TSST-O, fue importante para determinar las regiones de importancia biológica en TSST-1. [12] TSST-O no causa TSS, y no es mitogénica , y difiere en secuencia de TSST-1 en 14 nucleótidos , que corresponden a 9 aminoácidos. [12] Dos de estos se escinden como parte de la secuencia señal y, por lo tanto, no son importantes en la diferencia en la función observada. [12] A partir de los estudios que observan las diferencias en estas dos proteínas, se descubrió que el residuo 135 es crítico tanto en la letalidad como en la mitogenicidad, mientras que las mutaciones en los residuos 132 y 136 causaron que la proteína perdiera su capacidad de causar TSS, sin embargo, todavía había signos de superantigenicidad. [13] Si la lisina en el residuo 132 en TSST-O se cambia a glutamato , el mutante recupera poca superantigenicidad, pero se vuelve letal, lo que significa que la capacidad de causar TSS resulta del glutamato en el residuo 132. [12] [13] La pérdida de actividad de estas mutaciones no se debe a cambios en la conformación de la proteína, sino que estos residuos parecen ser críticos en las interacciones con los receptores de células T. [13 ]
Las muestras de TSST-1 se pueden purificar a partir de cultivos bacterianos para su uso en entornos de prueba in vitro , sin embargo, esto no es ideal debido a la gran cantidad de factores que contribuyen a la patogénesis en un entorno in vivo . [8] Además, el cultivo de bacterias in vitro proporciona un entorno rico en nutrientes, en contraste con la realidad de un entorno in vivo , en el que los nutrientes tienden a ser más escasos. [8] TSST-1 se puede purificar mediante enfoque isoeléctrico preparativo para su uso in vitro o para modelos animales utilizando una minibomba osmótica. [14]
Un superantígeno como el TSST-1 estimula las células T humanas que expresan VB 2, que pueden representar entre el 5 y el 30 % de todas las células T del huésped. Los PTSAg inducen la expansión específica de VB de los subconjuntos CD4 y CD8 de los linfocitos T. El TSST-1 forma homodímeros en la mayoría de sus formas cristalinas conocidas. [1] Los SAG muestran una arquitectura notablemente conservada y se dividen en los dominios N- y C-terminales. El análisis mutacional ha mapeado la supuesta región de unión del TCR del TSST-1 a un sitio ubicado en el surco del lado posterior. Si el TCR ocupa este sitio, la hélice alfa amino terminal forma una gran cuña entre el TCR y las moléculas de MHC de clase II. La cuña separaría físicamente el TCR de las moléculas de MHC de clase II. Puede existir un dominio nuevo en los SAG que esté separado de los dominios de unión del TCR y el MHC de clase II. El dominio consta de los residuos 150 a 161 en SEB, y también existen regiones similares en todos los demás SAG. En este estudio, un péptido sintético que contiene esta secuencia fue capaz de prevenir la letalidad inducida por SAG en ratones sensibilizados con D-galactosamina con TSST-1 estafilocócico, así como algunos otros SAG. [1] [15] Existen diferencias significativas en las secuencias de alelos de clase II del MHC y elementos Vbeta del TCR expresados por diferentes especies, y estas diferencias tienen efectos importantes en la interacción de los PTSAgs y con las moléculas de clase II del MCH y del TCR.
El TSST-1 se une principalmente a la cadena alfa del MHC de clase II exclusivamente a través de un sitio de unión de baja afinidad (o genérico) en el dominio N-terminal de SAG. Esto se opone a otros superantígenos (SAG) como DEA y SEE, que se unen al MHC de clase II a través del sitio de baja afinidad, y a la cadena beta a través de un sitio de alta afinidad. Este sitio de alta afinidad es un sitio dependiente del zinc en el dominio C-terminal de SAG. Cuando este sitio está unido, se extiende sobre parte del surco de unión, hace contacto con el péptido unido y luego se une a regiones de las cadenas alfa y beta. [15] La unión del MHC por TSST-1 depende parcialmente del péptido. Los estudios de mutagénesis con SEA han indicado que ambos sitios de unión son necesarios para la activación óptima de las células T. Estos estudios que contienen TSST-1 indican que el dominio de unión del TCR se encuentra en la parte superior del lado posterior de esta toxina, aunque aún queda por determinar la interacción completa. También ha habido indicios de que el sitio de unión del TCR de TSST-1 está mapeado en el surco mayor de la hélice alfa central o la hélice alfa amino terminal corta. Se sabe que los residuos en el motivo de garra beta de TSST-1 interactúan principalmente con la región invariante de la cadena alfa de esta molécula de MHC de clase II. [1] También se identificaron residuos que forman contactos menores con TSST-1 en la cadena β de HLA-DR1, así como en el péptido antigénico, ubicado en el surco intercatenario. La disposición de TSST-1 con respecto a la molécula de MHC de clase II impone una restricción estérica en el complejo de tres componentes compuesto por TSST-1, MHC de clase II y el TCR. [1]
Los estudios iniciales de mutantes revelaron que los residuos en la parte posterior de la hélice alfa central eran necesarios para la actividad superantígena. El cambio de la histidina en la posición 135 a alanina provocó que TSST-1 no fuera ni letal ni superantigénico. Los cambios en los residuos que estaban muy cerca de H135A también tuvieron el efecto de disminuir la letalidad y la calidad superantigénica de estos mutantes. Aunque la mayoría de estos mutantes no resultaron en la pérdida de la antigenicidad de TSST-1. Las pruebas realizadas con toxinas mutagénicas de TSST-1 indicaron que las propiedades letales y superantigénicas son separables. Cuando Lys-132 en TSST-O se cambió a Glu, el mutante resultante se volvió completamente letal pero no superantigénico. Se encontraron los mismos resultados, letal pero no superantigénico, para TSST-1 Gly16Val. Se ha propuesto que los residuos Gly16, Glu132 y Gln 136, ubicados en la parte posterior del surco posterior de la supuesta región de unión de TCR de TSST-1, también son parte de un segundo sitio funcionalmente letal en TSST-1. [1]