Las toxinas distensoras citoletales (abreviadas CDT ) son una clase de toxinas heterotriméricas producidas por ciertas bacterias gramnegativas que muestran actividad de DNasa . [1] [2] Estas toxinas desencadenan la detención del ciclo celular G2/M en líneas celulares de mamíferos específicas, lo que lleva a las células agrandadas o distendidas por las que se nombran estas toxinas. [3] Las células afectadas mueren por apoptosis . [1]
Cada toxina consta de tres subunidades distintas nombradas alfabéticamente en el orden en que aparecen sus genes codificantes en el operón cdt . Las toxinas distensoras citoletales se clasifican como toxinas AB , con una subunidad activa ("A") que daña directamente el ADN y una subunidad de unión ("B") que ayuda a la toxina a unirse a las células diana. CdtB es la subunidad activa y un homólogo de la DNasa I de mamíferos , mientras que CdtA y CdtC forman la subunidad de unión. [4]
Las toxinas distensoras citoletales son producidas por bacterias patógenas gramnegativas del filo Pseudomonadota . Muchas de estas bacterias, incluidas Shigella dysenteriae , Haemophilus ducreyi y Escherichia coli , infectan a los seres humanos. Las bacterias que producen CDT a menudo colonizan de forma persistente a su huésped. [1]
La primera observación registrada de una toxina distensible citoletal fue en 1987 en una cepa patógena en E. coli aislada de un paciente joven. [3] Más tarde ese año, los científicos WM Johnson y H. Lior publicaron el artículo de revista "Producción de toxina Shiga y una toxina distensible citoletal (CLDT) por serogrupos de Shigella spp. " en Microbiology Letters . [1] El descubrimiento de otras bacterias productoras de toxinas CDT continúa hasta el día de hoy.
En 1994, Scott y Kaper clonaron y secuenciaron un operón cdt de otra cepa de E. coli y publicaron su trabajo en Infection and Immunity . [1] [5] Los tres genes descubiertos se denominaron cdtA , cdtB y cdtC . [5]
En 1997, se publicó en Molecular Microbiology el primer artículo de muchos que mostraban la detención del ciclo celular G2/M causada por una toxina distensible citoletal . [1] El estudio se centró en otra cepa de E. coli . A este artículo le siguió una publicación en 1999 en Infectious Immunity , que demostró que la CDT de H. ducreyi causa muerte celular por apoptosis . Este hallazgo también se confirmó para otras toxinas distensibles citoletales en estudios posteriores.
El descubrimiento de la homología de cdtB con la DNasa I de mamíferos y el modelo AB actual para la toxina se publicaron a principios de 2000. [2] [6] Investigaciones posteriores y la publicación de estructuras cristalinas para las toxinas CDT de dos especies diferentes continúan respaldando este modelo. [1]
Todas las toxinas distensoras citoletales conocidas son producidas por bacterias gramnegativas de las familias Gammaproteobacteria y Campylobacterota . En varios casos, las bacterias que producen CDT son patógenos humanos . Entre los productores de CDT de importancia médica se encuentran: [1]
Las bacterias productoras de CDT suelen estar asociadas a los revestimientos mucosos, como los del estómago y los intestinos, y a infecciones persistentes. Las toxinas se secretan libremente o se asocian a la membrana de las bacterias productoras. [1]
Las toxinas distensoras citoletales individuales reciben el nombre de la especie bacteriana de la que se aíslan. A partir de 2011, la mayoría de los científicos han adoptado la práctica de colocar la primera letra tanto del género como de la especie delante del nombre de la toxina para reflejar su origen (es decir, la CDT de Haemaphilus ducreyi se conoce como HdCDT). [1] [7] Si varias subespecies producen diferentes toxinas, como en el caso de E. coli , se pueden agregar números romanos después de la segunda letra. [7] Tanto las toxinas completas como las subunidades individuales se etiquetan utilizando esta convención.
En respuesta al continuo descubrimiento de toxinas distensoras citoletales adicionales, una revisión de 2011 propuso que los nombres de las toxinas se amplíen para incluir las primeras tres letras de la especie (es decir, HducCDT para CDT de Haemaphilus ducreyi ). [1]
Las toxinas CDT son genotoxinas capaces de dañar directamente el ADN de las células diana. Son las únicas toxinas de tipo AB descubiertas que muestran actividad DNasa , lo que les permite introducir roturas en el ADN de la célula diana. [1] [4]
En muchas líneas celulares , incluidos los fibroblastos humanos, las células epiteliales , las células endoteliales y los queratinocitos , los CDT causan la detención del ciclo celular G2/M , la distensión citoplasmática y la muerte celular eventual por apoptosis . [1] [3] [8] La mayoría de las publicaciones atribuyen la detención del ciclo G2/M a la acumulación de daño irreversible del ADN por la actividad de la DNasa de la toxina como desencadenante de la detención del ciclo celular G2/M, pero otras investigaciones sugieren que este modelo está incompleto. [8] La distensión citoplasmática es un resultado directo de la detención del ciclo celular G2/M. La célula se agranda en preparación para la mitosis , pero no puede dividirse para restaurar su tamaño normal. Aparte de la apoptosis clásica, también se han observado signos de senescencia celular en líneas celulares normales y cancerosas (fibroblastos, HeLa y U2-OS) después de la intoxicación por CDT [9].
En los linfocitos , la muerte celular ocurre rápidamente y no está precedida por una distensión citoplasmática significativa. [8] La capacidad de estas toxinas para afectar a los linfocitos de manera diferente puede ser ventajosa para las bacterias que utilizan estas toxinas, pero el mecanismo detrás de este fenómeno aún no se entiende bien.
La toxina activa ensamblada es una estructura tripartita con tres subunidades distintas: CdtA, CdtB y CdtC. En términos de función, es una toxina AB . En este contexto, la subunidad CdtB es en realidad la subunidad "A" catalíticamente activa, y CdtA y CdtC juntas forman la subunidad "B" de unión, que ayuda a la toxina a unirse y entrar en las células diana. [6] Algunas publicaciones se refieren a la estructura de la toxina como AB 2 para reflejar la presencia tanto de CdtA como de CdtC.
A diferencia de todos los demás CDT, el CDT de Salmonella enterica serovar Typhi (SeCDT) no tiene homólogos de CdtA y CdtC. Sin embargo, codificadas de cerca a la subunidad activa cdtb , las toxinas A y B similares a Pertussis (pltA/pltB) han demostrado ser esenciales para la intoxicación celular. [10] PltA y PltB tienen una estructura diferente de CdtA y CdtC, por lo que promueven la actividad de CdtB de una manera diferente. Se ha descubierto que tanto PltA como PltB se unen directamente a CdtB in vitro . [10] Además, a diferencia de todos los demás CDT, la genotoxina de Salmonella se produce solo tras la internalización bacteriana en células infectadas, por lo que el tráfico de SeCDT puede diferir notablemente de los canónicos.
Se considera que la CdtB es la subunidad activa de la holotoxina CDT. La microinyección de CdtB en células susceptibles sin CdtA o CdtC produce la detención del ciclo celular G2/M y la distensión citoplasmática características de las toxinas CDT. [2] La estructura de CdtB está bien conservada entre diferentes bacterias. La subunidad CdtB es la que se conserva de forma más secuencial entre especies. [4] El peso molecular de CdtB varía de 28 kDa a 29 kDa, según la especie. [1]
Como subunidad activa, CdtB se denomina subunidad "A" según el modelo de toxina AB . [1] Esta nomenclatura confusa se debe a que se nombró a las subunidades de la toxina antes de que se comprendieran sus funciones individuales.
El CdtB exhibe al menos dos actividades enzimáticas: una actividad de DNasa capaz de introducir roturas de doble cadena en el ADN y una actividad de fosfatasa que se asemeja a la fosfatidilinositol 3,4,5-trifosfatasa. [2] [8] Ambas actividades se pueden demostrar in vitro en ausencia de las otras dos subunidades. [11] La importancia relativa de cada actividad in vivo no está clara. [11] Las mutaciones que reducen cualquiera de las actividades también reducen la capacidad de la toxina para inducir el arresto de la fase G2/M en al menos algunas de las líneas celulares susceptibles . [2] [8]
El CdtB es funcionalmente homólogo a la DNasa I de los mamíferos y contiene una secuencia de pentapéptidos conservada que se encuentra en todas las enzimas DNasa I hasta la fecha. [2] Además, varios residuos críticos para la capacidad de la DNasa I de romper los enlaces fosfodiéster en la cadena principal del ADN se encuentran en la estructura del CdtB. Un artículo de 2002 que estudiaba el efecto de las mutaciones puntuales en cinco de estos residuos descubrió que cuatro de las cinco mutaciones analizadas eliminaban tanto la capacidad del CdtB de degradar el ADN en extractos libres de células como de provocar un arresto G2/M tras la microinyección. La quinta mutación redujo moderadamente la actividad del CdtB. [2]
CdtA y CdtC forman la subunidad B de la holotoxina CDT, responsable de dirigir la CdtB contra las células susceptibles. [6] Ninguna de las dos subunidades parece estar muy conservada, con identidades de secuencia entre diferentes especies a menudo inferiores al 30 %. [4] El peso molecular de CdtA varía de 23 kDa a 30 kDa, mientras que CdtC varía de 19 kDa a 21 kDa según la especie. [1]
Se cree que tanto CdtA como CdtC se unen a la superficie de las células diana. El mecanismo exacto de esta unión no está claro y puede que no se conserve entre toxinas CDT de diferentes especies. [1] [11] Los objetivos propuestos de la unión de CdtA y CdtC han incluido el colesterol, los glicanos ligados a N y los glicoesfingolípidos. [11] La investigación actual ha producido resultados contradictorios sobre la importancia real de estos objetivos propuestos. [1] [11] Tanto CdtA como CdtC contienen dominios de lectina, [12] lo que sugiere que la toxina puede unirse a través de carbohidratos en la superficie de la célula diana, mientras que otras investigaciones han sugerido que los objetivos son las proteínas de superficie. [1]