HEMOLYSIN: EGENSKABER, TYPER, VIRKNINGSMEKANISMER - BIOLOGI - 2025

Den hæmolysin er et lille protein, der forårsager porer i cellen af erytrocytter og nogle andre egne blodlegemer fra pattedyr membran. Det syntetiseres og udskilles generelt af patogene bakterier.

Dette protein er en af ​​de mest almindelige mikrobielle toksiner og det, der er bedst undersøgt. Nogle gange kan det forårsage hæmolytisk anæmi, da antallet af kanaler, som celleindretningen gennemgår, endda kan forårsage cellelysering.

Molekylær struktur af et Hemolysin (Kilde: Jawahar Swaminathan og MSD-personale ved Det Europæiske Bioinformatikinstitut via Wikimedia Commons)

Generelt er hæmolysin et typisk toksin fra Streptococcus-arter i tarmkanalen. Dets funktion tillader bakterier at bryde epitelbarrieren i tarmsystemet og således bevæge sig gennem blodbanen for at kolonisere andre væv.

Den mest almindelige form for, at hæmolysin findes i naturen, er i dens α-hæmolysinform. Dette protein er en af ​​de vigtigste virulensfaktorer i de fleste Escherichia coli-stammer og nogle clostridia.

De fleste urinvejsinfektioner er forårsaget af stammer af Escherichia coli, der producerer a-hemolysin med hæmolytiske egenskaber.

Produktionen af ​​hemolysin og bakteriocin i bakteriestammer har været relateret til en konkurrencemekanisme mod de andre arter, og produktionen af ​​begge toksiner synes at afhænge af de samme genetiske determinanter i bakteriets genom.

egenskaber

Hemolysin består af syv underenheder, og genet, der koder for det, har syv promotorer. Disse syv underenheder indsættes i plasmamembranen i målcellerne og danner, når de samles, en ionkanal, gennem hvilken metabolitter fra det indre af cellen undslipper.

Hemolysin er en ekstracellulær calcium (Ca + 2) -afhængig cytotoksin, der virker på plasmamembranen i celler i blodbanen. Porer, det skaber i membranen, er også hydrofile og får vand til at komme ind i celleindretningen, hvilket kan føre til lysis.

Hemolysiner er typiske proteinprodukter af gramnegative bakterier, og de har alle to egenskaber:

1- Tilstedeværelsen af ​​et meget lille peptid (nonapeptid), der består af gentagelser af aminosyrerne glycin og asparaginsyre. Ikke-apeptiderne af hemolysin er lokaliseret nær den C-terminale del af proteinets primære struktur.

2- Alle hæmolysiner udskilles af bakterierne i det ekstracellulære miljø gennem en transportør af ABC-type (ATP-bindende kassette).

Hæmolysinproduktion detekteres normalt i bakteriestammer gennem vækst i blodagarmedium. I testen observeres en hæmolytisk halo, et produkt af nedbrydningen af ​​røde blodlegemer nær bakteriekolonierne.

typer

Der er flere forskellige typer hæmolysiner, disse klassificeres med et græsk bogstav i starten af ​​deres navn. De mest studerede og almindelige er α-, β- og γ-hemolysiner, alle produceret af Staphylococcus aureus-stammen.

Typerne af hæmolysin klassificeres i henhold til det område af celler, de angriber, og efter deres primære struktur af proteinet.

α-hæmolysin

Dette protein er typisk for Staphylococcus aureus og Escherichia coli-stammer; det angriber neutrofiler, røde blodlegemer, lymfocytter, makrofager, voksne og embryonale fibroblaster. Det interagerer med de polære hoveder på disse cellers plasmamembranlipider for at internalisere en hydrofob hale på ca. 5 Ӑ inde i membranen.

β-hæmolysin

Fremstillet af Staphylococcus aureus i mindre grad end α-hemolysin, angriber β-hemolysin hovedsageligt røde blodlegemer og kommer ud i membranen udelukkende gennem de sfingomyelinrige domæner i cellemembranen.

γ-hæmolysin

Det er også set i Staphylococcus aureus. Det er blevet klassificeret som et hæmolytisk protein og en leukotoksin på samme tid, da det påvirker polymorphonuclearceller fra mennesker, monocytter, makrofager og sjældent endda røde blodlegemer.

Denne type y-hemolysin er en af ​​de mindst karakteriserede, derfor er meget af dens virkningsmekanisme ukendt, og den er ikke undersøgt in vivo.

Handlingsmekanismer

Mekanismen for virkning, der er blevet relativt klar belyst, er a-hemolysin. Da de alle er hæmolytiske proteiner, menes de fleste af processerne at være fælles for alle hæmolysiner.

Forskere antyder, at for bakterier, der udskiller hemolysin i miljøet, skal de være i et næringsfattigt mikro-miljø, derfor ville dette være en mekanisme, der får cellen til at ødelægge målcellerne og få deres næringsstoffer.

Mekanismen er blevet beskrevet i tre trin: cellemembranbinding, insertion og oligomerisering.

Membranbinding

Det har vist sig, at hæmolysiner er i stand til at binde til neutrofile integriner, og i erythrocytter har disse proteiner vist sig at binde til glycosylerede komponenter, såsom glycoproteiner, gangliosider og glycophoriner i cellemembranen.

Nogle forfattere antyder, at tilstedeværelsen af ​​receptorer i membranen ikke er væsentlig for, at binding af hæmolysiner kan forekomme. Under alle omstændigheder er mekanismen for cellulær genopspilling af proteinet endnu ikke kendt med præcision.

Transmembranpore dannet af Staphylococcus hemolysin-proteinet (Kilde: Aflejringsforfattere: Song, L., Hobaugh, M., Shustak, C., Cheley, S., Bayley, H., Gouaux, JE; visualiseringsforfatter: Bruger: Astrojan via Wikimedia Commons)

Interaktionen med membranen forekommer i to trin:

- Indledende binding (reversibel): når hemolysin binder til de calciumbindende domæner i membranen. Dette trin forekommer på overfladen og er meget modtagelig for elektrostatisk udladning.

- Irreversibelt kryds: forbinder aminosyredomænerne med lipidkomponenterne i det ydre lag af plasmamembranen i målcellerne for at danne fysiske bindinger mellem membranens hydrofobe forbindelser.

Indsættelse af toksin i membranen

Hem-Hemolysin indsætter rester 177 og 411 i det første lipidmonolag. I det ekstracellulære miljø er hæmolysin forbundet med calciumioner, som inducerer et strukturelt arrangement i det og bidrager til dets aktivering.

Denne indsættelse konsoliderer den irreversible fastgørelse til cellemembranen. Når arrangementet er fundet, bliver hemolysin et integreret protein, da det eksperimentelt har vist sig, at den eneste måde at udtrække det fra membranen er ved at bruge detergenter, såsom Triton X-100.

oligomerisering

Når al hæmolysin er indsat i plasmamembranen i målcellerne, sker oligomeriseringen af ​​de 7 underenheder, der udgør det, der ender i dannelsen af ​​en proteinpore, meget dynamisk, men afhængig af lipidsammensætningen af ​​membranen.

Det er blevet observeret, at oligomeriseringsprocessen er foretrukken af ​​mikrodomæner eller lipidflåder i cellemembranen. Disse regioner favoriserer muligvis ikke binding af proteinet, men de favoriserer oligomerisering af det samme, når det er indsat.

Jo flere hæmolysiner, der binder til membranen, jo flere porer vil dannes. Endvidere kan hæmolysiner oligomerisere hinanden (tilstødende) og danne meget større kanaler.

Referencer

1. Bakás, L., Ostolaza, H., Vaz, WL, & Goñi, FM (1996). Vendbar adsorption og ikke-reversibel indsættelse af Escherichia coli alpha-hemolysin i lipid-dobbeltlag. Biofysisk tidsskrift, 71 (4), 1869-1876.
2. Dalla Serra, M., Coraiola, M., Viero, G., Comai, M., Potrich, C., Ferreras, M.,… & Prévost, G. (2005). Staphylococcus aureus bicomponent y-hemolysiner, HlgA, HlgB og HlgC, kan danne blandede porer, der indeholder alle komponenter. Tidsskrift for kemisk information og modellering, 45 (6), 1539-1545.
3. Gow, JA, & Robinson, J. (1969). Egenskaber ved oprenset Staphylococcal ß-Hemolysin. Journal of bacteriology, 97 (3), 1026-1032.
4. Ike, Y., Hashimoto, H., & Clewell, DB (1984). Hemolysin af Streptococcus faecalis underarter zymogenes bidrager til virulens hos mus. Infektion og immunitet, 45 (2), 528-530.
5. Remington, JS, Klein, JO, Wilson, CB, Nizet, V., & Maldonado, YA (Eds.). (1976). Infektionssygdomme hos fosteret og det nyfødte spædbarn (bind 4). Philadelphia: Saunders.
6. Todd, EW (1932). Antigen streptococcal hemolysin. Tidsskrift for eksperimentel medicin, 55 (2), 267-280.