Toxina diftérica

exotoxina

La toxina diftérica es una exotoxina secretada principalmente por Corynebacterium diphtheriae pero también por Corynebacterium ulcerans y Corynebacterium pseudotuberculosis , la bacteria patógena que causa la difteria . El gen de la toxina está codificado por un profago ^{[anotación 1]} llamado corinefago β . ^{[1] [2]} La toxina causa la enfermedad en humanos al ingresar al citoplasma celular e inhibir la síntesis de proteínas . ^[3]

Estructura

La toxina diftérica es una única cadena polipeptídica de 535 aminoácidos que consta de dos subunidades unidas por puentes disulfuro , conocida como toxina AB . La unión a la superficie celular de la subunidad B (la menos estable de las dos subunidades) permite que la subunidad A (la parte más estable de la proteína) penetre en la célula huésped . ^[4]

La estructura cristalina del homodímero de la toxina diftérica se ha determinado con una resolución de 2,5 Ångstrom . La estructura revela una molécula en forma de Y que consta de tres dominios . El fragmento A contiene el dominio C catalítico y el fragmento B consta de los dominios T y R: ^[5]

• El dominio catalítico amino-terminal , conocido como dominio C, tiene un pliegue beta+alfa inusual . ^[6] El dominio C bloquea la síntesis de proteínas mediante la transferencia de ADP-ribosa de NAD a un residuo de diftamida del factor de elongación 2 eucariótico (eEF-2). ^{[7] [3]}
• Un dominio de translocación central, conocido como dominio T o dominio TM, tiene un pliegue similar a una globina de múltiples hélices con dos hélices adicionales en el extremo amino pero sin contraparte de la primera hélice de globina . Se cree que este dominio se desarrolla en la membrana . ^[8] Un cambio conformacional inducido por el pH en el dominio T desencadena la inserción en la membrana endosómica y facilita la transferencia del dominio C al citoplasma . ^{[7] [3]}
• Un dominio de unión al receptor carboxi-terminal , conocido como dominio R, tiene un pliegue en sándwich beta que consta de nueve hebras en dos hojas con topología de clave griega; es una subclase de pliegue similar a las inmunoglobulinas . ^[6] El dominio R se une a un receptor de la superficie celular , lo que permite que la toxina ingrese a la célula mediante endocitosis mediada por el receptor . ^{[7] [3]}

Mecanismo

diftamida

La toxina diftérica tiene el mismo mecanismo de acción que la enzima NAD(+)—diftamida ADP-ribosiltransferasa ( EC 2.4.2.36). Cataliza la ribosilación de ADP del inusual aminoácido diftamida en eEF-2 transfiriendo el grupo ADP-ribosil de NAD ⁺ . La ribosilación por ADP de la diftamida inactiva la proteína eEF-2, inhibiendo así la traducción del ARNm. La reacción catalizada es la siguiente:

NAD ⁺ + péptido diftamida nicotinamida + péptido N -(ADP-D-ribosil)diftamida. ${\displaystyle \rightleftharpoons }$

La exotoxina A de Pseudomonas aeruginosa utiliza un mecanismo de acción similar.

Los pasos involucrados en la generación de toxicidad son los siguientes: ^{[ cita necesaria ]}

1. Procesando
   1. La región líder se escinde durante la secreción.
   2. El mellado proteolítico separa las subunidades A y B, que permanecen unidas por enlaces disulfuro hasta llegar al citosol.
2. La toxina se une al precursor del factor de crecimiento epidérmico de unión a heparina ( HB-EGF ). ^{[9] : 116}
3. El complejo sufre endocitosis por parte de la célula huésped.
4. La acidificación dentro del endosoma induce la translocación de la subunidad A al citosol.
   1. Los enlaces disulfuro se rompen.
   2. La subunidad B permanece en el endosoma en forma de poro.
5. Los ADP-ribosilatos de la subunidad A albergan eEF-2, que es necesario para la síntesis de proteínas; cuando se inactiva, el huésped no puede producir proteínas y, por tanto, muere.

Dosis letales y efectos.

La toxina de la difteria es extraordinariamente potente. ^[4] La dosis letal para los seres humanos es de aproximadamente 0,1 μg de toxina por kg de peso corporal. La muerte se produce por necrosis del corazón y del hígado . ^[10] La toxina diftérica también se ha asociado con el desarrollo de miocarditis. La miocarditis secundaria a la toxina diftérica se considera uno de los mayores riesgos para los niños no vacunados.

Historia

La toxina diftérica fue descubierta en 1888 por Émile Roux y Alexandre Yersin . En 1890, Emil Adolf von Behring desarrolló una antitoxina a partir de sangre de caballos inmunizados con bacterias atenuadas. ^[11] En 1951, Freeman descubrió que el gen de la toxina no estaba codificado en el cromosoma bacteriano, sino por un fago lisogénico ( corinefago β ) ^[2] que infectaba todas las cepas toxigénicas. ^{[12] [13] [14]}

Uso clínico

El fármaco denileucina diftitox utiliza la toxina diftérica como agente antineoplásico .

Resimmune es una inmunotoxina que se encuentra en ensayos clínicos en pacientes con linfoma cutáneo de células T. Utiliza la toxina diftérica (truncada por el dominio de unión celular) acoplada a un anticuerpo contra CD3ε (UCHT1). ^[15]

Investigación

Al igual que otras toxinas AB, la toxina diftérica es experta en transportar proteínas exógenas a través de las membranas celulares de los mamíferos, que suelen ser impermeables a las proteínas grandes. Esta capacidad única puede reutilizarse para administrar proteínas terapéuticas, en lugar del dominio catalítico de la toxina. ^{[16] [17]}

Esta toxina también se ha utilizado en investigaciones neurocientíficas y sobre el cáncer para extirpar poblaciones específicas de células que expresan el receptor de la toxina diftérica ( factor de crecimiento similar al EGF que se une a la heparina ). La administración de la toxina al organismo que no expresa naturalmente este receptor (por ejemplo, ratones) dará como resultado la ablación selectiva de la población celular que sí lo expresa. ^{[18] [19]}

Anotaciones

1. Un profago es un virus que se ha insertado en el genoma de la bacteria huésped.

Referencias

1. TABLA 1. Propiedades de virulencia bacteriana alteradas por bacteriófagos de Wagner PL, Waldor MK (agosto de 2002). "Control de bacteriófagos de la virulencia bacteriana". Infección e inmunidad . 70 (8): 3985–93. doi :10.1128/IAI.70.8.3985-3993.2002. PMC  128183 . PMID  12117903.
2. Johnson LP, Tomai MA, Schlievert PM (mayo de 1986). "Participación de los bacteriófagos en la producción de exotoxina A pirogénica estreptocócica del grupo A". Revista de Bacteriología . 166 (2): 623–7. doi :10.1128/jb.166.2.623-627.1986. PMC 214650 . PMID  3009415. 
3. Bell CE, Eisenberg D (enero de 1996). "Estructura cristalina de la toxina diftérica unida al dinucleótido de nicotinamida y adenina". Bioquímica . 35 (4): 1137–49. doi :10.1021/bi9520848. PMID  8573568.
4. Murphy JR (1996). "Corynebacterium Diphtheriae: producción de toxina diftérica". En Baron S, et al. (eds.). Microbiología médica (4ª ed.). Galveston, Texas: Universidad. de la Rama Médica de Texas. ISBN 978-0-9631172-1-2. PMID  21413281.
5. Choe S, Bennett MJ, Fujii G, Curmi PM, Kantardjieff KA, Collier RJ, Eisenberg D (mayo de 1992). "La estructura cristalina de la toxina diftérica". Naturaleza . 357 (6375): 216–22. Código Bib :1992Natur.357..216C. doi :10.1038/357216a0. PMID  1589020. S2CID  4264277.
6. Bell CE, Eisenberg D (enero de 1997). "Estructura cristalina de la toxina diftérica libre de nucleótidos". Bioquímica . 36 (3): 481–8. CiteSeerX 10.1.1.432.7047 . doi :10.1021/bi962214s. PMID  9012663. 
7. Bennett MJ, Eisenberg D (septiembre de 1994). "Estructura refinada de la toxina diftérica monomérica con una resolución de 2,3 A". Ciencia de las proteínas . 3 (9): 1464–75. doi :10.1002/pro.5560030912. PMC 2142954 . PMID  7833808. 
8. Bennett MJ, Choe S, Eisenberg D (septiembre de 1994). "Estructura refinada de la toxina diftérica dimérica con una resolución de 2,0 A". Ciencia de las proteínas . 3 (9): 1444–63. doi :10.1002/pro.5560030911. PMC 2142933 . PMID  7833807. 
9. Gillet, Daniel; Barbier, Julien (2015). "Capítulo 4: Toxina diftérica". En Alouf, José; Ladant, Daniel; Popoff, Michel R. (eds.). El libro de consulta completo sobre toxinas proteicas bacterianas (cuarta ed.). Elsevier. págs. 111-132. ISBN 978-0-12-800188-2.
10. Pappenheimer AM (1977). "Toxina diftérica". Revista Anual de Bioquímica . 46 (1): 69–94. doi :10.1146/annurev.bi.46.070177.000441. PMID  20040.
11. Enke U (2015). "125 Jahre Diphtherieheilserum: Das Behring'sche Gold" [125 años de suero curativo para la difteria: el oro de Behring]. Deutsches Ärzteblatt (en alemán). 112 (49): A-2088.
12. Freeman VJ (junio de 1951). "Estudios sobre la virulencia de cepas de Corynebacterium diphtheriae infectadas con bacteriófagos". Revista de Bacteriología . 61 (6): 675–88. doi :10.1128/JB.61.6.675-688.1951. PMC 386063 . PMID  14850426. 
13. Freeman VJ, Morse IU (marzo de 1952). "Más observaciones sobre el cambio de virulencia de cepas virulentas de Corynebacterium diphtheria infectadas con bacteriófagos". Revista de Bacteriología . 63 (3): 407–14. doi :10.1128/JB.63.3.407-414.1952. PMC 169283 . PMID  14927573. 
14. Todar K (2009). "Difteria". Libro de texto de bacteriología en línea de Todar . Universidad de Wisconsin.
15. Woo JH, Lee YJ, Neville DM, Frankel AE (2010). "Farmacología de la inmunotoxina diftérica anti-CD3 en ensayos de linfoma de células T CD3 positivas". Inmunoterapia del Cáncer . Métodos en biología molecular. vol. 651, págs. 157–75. doi :10.1007/978-1-60761-786-0_10. ISBN 978-1-60761-785-3. PMID  20686966.
16. Auger A, Park M, Nitschke F, Minassian LM, Beilhartz GL, Minassian BA, Melnyk RA (agosto de 2015). "Entrega eficiente de una carga de proteínas estructuralmente diversa en células de mamíferos mediante una toxina bacteriana". Farmacéutica molecular . 12 (8): 2962–71. doi :10.1021/acs.molpharmaceut.5b00233. PMID  26103531.
17. Beilhartz GL, Sugiman-Marangos SN, Melnyk RA (octubre de 2017). "Reutilización de toxinas bacterianas para la administración intracelular de proteínas terapéuticas". Farmacología Bioquímica . 142 : 13-20. doi :10.1016/j.bcp.2017.04.009. PMID  28408344. S2CID  6212879.
18. Han JH, Kushner SA, Yiu AP, Hsiang HL, Buch T, Waisman A, et al. (Marzo de 2009). "Borrado selectivo de un recuerdo de miedo". Ciencia . 323 (5920): 1492–6. Código Bib : 2009 Ciencia... 323.1492H. doi : 10.1126/ciencia.1164139. PMID  19286560. S2CID  1257448.
19. Tammela T, Sage J (2020). "Investigación de la heterogeneidad tumoral en modelos de ratón". Revisión anual de la biología del cáncer . 4 (1): 99-119. doi : 10.1146/annurev-cancerbio-030419-033413 . PMC 8218894 . PMID  34164589. 

enlaces externos

• Difteria + Toxina en los títulos de materias médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.

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