ลักษณะของเฮโมลิซินประเภทกลไกการออกฤทธิ์ - ชีววิทยา

hemolysinเป็นโปรตีนขนาดเล็กที่ทำให้เกิดรูขุมขนในเซลล์ของเม็ดเลือดแดงและอื่น ๆ บางเซลล์เลือดของตัวเองของเมมเบรนเลี้ยงลูกด้วยนม โดยทั่วไปจะถูกสังเคราะห์และขับออกโดยแบคทีเรียที่ทำให้เกิดโรค

โปรตีนนี้เป็นหนึ่งในสารพิษจุลินทรีย์ที่พบบ่อยที่สุดและเป็นสารที่ได้รับการศึกษาดีที่สุด บางครั้งอาจทำให้เกิดโรคโลหิตจางจากเม็ดเลือดแดงเนื่องจากจำนวนช่องที่ออกภายในเซลล์อาจทำให้เกิดการแตกของเซลล์ได้

โครงสร้างโมเลกุลของเฮโมลิซิน (ที่มา: Jawahar Swaminathan และเจ้าหน้าที่ MSD ที่ European Bioinformatics Institute ผ่าน Wikimedia Commons)

โดยทั่วไปเฮโมลิซินเป็นสารพิษทั่วไปของสปีชีส์สเตรปโตคอคคัสในลำไส้ การทำงานของมันช่วยให้แบคทีเรียทำลายกำแพงเยื่อบุผิวของลำไส้และเคลื่อนผ่านกระแสเลือดเพื่อไปตั้งรกรากเนื้อเยื่ออื่น ๆ

รูปแบบที่พบมากที่สุดที่ฮีโมลิซินพบในธรรมชาติอยู่ในรูปแบบα-hemolysin โปรตีนนี้เป็นหนึ่งในปัจจัยความรุนแรงที่สำคัญที่สุดของสายพันธุ์ Escherichia coli ส่วนใหญ่และ clostridia บางชนิด

การติดเชื้อทางเดินปัสสาวะส่วนใหญ่เกิดจากเชื้อ Escherichia coli สายพันธุ์ที่สร้างα-hemolysin ที่มีลักษณะของเม็ดเลือดแดง

การผลิตเฮโมลิซินและแบคเทอริโอซินในสายพันธุ์แบคทีเรียเกี่ยวข้องกับกลไกการแข่งขันกับสายพันธุ์อื่นและการผลิตสารพิษทั้งสองดูเหมือนจะขึ้นอยู่กับปัจจัยทางพันธุกรรมเดียวกันในจีโนมของแบคทีเรีย

ลักษณะเฉพาะ

เฮโมลิซินประกอบด้วยเจ็ดหน่วยย่อยและยีนที่เข้ารหัสมีเจ็ดโปรโมเตอร์ หน่วยย่อยทั้งเจ็ดนี้แทรกเข้าไปในเยื่อหุ้มพลาสมาของเซลล์เป้าหมายและเมื่อมารวมกันจะสร้างช่องไอออนซึ่งสารจากภายในเซลล์จะหลบหนี

เฮโมลิซินเป็นแคลเซียมนอกเซลล์ (Ca + 2) - ไซโตทอกซินอิสระที่ทำหน้าที่ในพลาสมาเมมเบรนของเซลล์ในกระแสเลือด รูขุมขนที่สร้างขึ้นในเมมเบรนยังชอบน้ำและทำให้น้ำเข้าไปภายในเซลล์ซึ่งอาจทำให้เกิดการแตกได้

เฮโมลิซินเป็นผลิตภัณฑ์โปรตีนโดยทั่วไปของแบคทีเรียแกรมลบและมีลักษณะสองประการ:

1- การปรากฏตัวของเปปไทด์ขนาดเล็กมาก (nonapeptide) ซึ่งประกอบด้วยกรดอะมิโนไกลซีนและกรดแอสปาร์ติกซ้ำ ๆ nonapeptides ของ hemolysin อยู่ใกล้กับส่วน C-terminal ของโครงสร้างหลักของโปรตีน

2- เฮโมลิซินทั้งหมดถูกหลั่งโดยแบคทีเรียสู่สิ่งแวดล้อมนอกเซลล์ผ่านตัวลำเลียงแบบ ABC (ATP-Binding Cassette)

การผลิตเฮโมลิซินมักจะตรวจพบในสายพันธุ์ของแบคทีเรียผ่านการเจริญเติบโตในอาหารเลี้ยงเชื้อในเลือด ในการทดสอบจะสังเกตเห็นรัศมี hemolytic ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์จากการสลายเม็ดเลือดแดงที่อยู่ใกล้กับอาณานิคมของแบคทีเรีย

ประเภท

เฮโมลิซินมีหลายประเภทซึ่งจำแนกตามตัวอักษรกรีกที่จุดเริ่มต้นของชื่อ การศึกษาและพบมากที่สุดคือα, βและγ hemolysins ซึ่งผลิตโดยสายพันธุ์ Staphylococcus aureus

ประเภทของเฮโมลิซินแบ่งตามช่วงของเซลล์ที่โจมตีและตามโครงสร้างหลักของโปรตีน

α-hemolysin

โปรตีนนี้เป็นเรื่องปกติของสายพันธุ์ Staphylococcus aureus และ Escherichia coli มันโจมตีนิวโทรฟิลเซลล์เม็ดเลือดแดงลิมโฟไซต์มาโครฟาจไฟโบรบลาสต์สำหรับตัวเต็มวัยและตัวอ่อน มันทำปฏิกิริยากับหัวขั้วของไขมันเมมเบรนในพลาสมาของเซลล์เหล่านี้เพื่อทำให้หางที่ไม่ชอบน้ำประมาณ 5 Ӑอยู่ภายในเมมเบรน

β-hemolysin

ผลิตโดย Staphylococcus aureus ในระดับที่น้อยกว่าα-hemolysin โดยβ-hemolysin ส่วนใหญ่จะโจมตีเซลล์เม็ดเลือดแดงและเข้าสู่เมมเบรนโดยเฉพาะผ่านโดเมนที่มี sphingomyelin ของเยื่อหุ้มเซลล์

γ-hemolysin

นอกจากนี้ยังพบได้ใน Staphylococcus aureus มันถูกจัดให้เป็นโปรตีน hemolytic และ leukotoxin ในเวลาเดียวกันเนื่องจากมีผลต่อเซลล์ polymorphonuclear ของมนุษย์ monocytes macrophages และไม่ค่อยมีแม้แต่เซลล์เม็ดเลือดแดง

γ-hemolysin ประเภทนี้เป็นหนึ่งในลักษณะที่มีลักษณะน้อยที่สุดดังนั้นกลไกการออกฤทธิ์ส่วนใหญ่จึงไม่เป็นที่รู้จักและยังไม่ได้รับการตรวจสอบในร่างกาย

กลไกการดำเนินการ

กลไกการออกฤทธิ์ที่อธิบายได้ค่อนข้างชัดเจนคือของα-hemolysin อย่างไรก็ตามเนื่องจากเป็นโปรตีน hemolytic ทั้งหมดกระบวนการส่วนใหญ่จึงคิดว่าเป็นเรื่องธรรมดาสำหรับ hemolysins ทั้งหมด

นักวิทยาศาสตร์แนะนำว่าสำหรับแบคทีเรียที่จะหลั่งเฮโมลิซินออกสู่สิ่งแวดล้อมได้พวกเขาต้องอยู่ในสภาพแวดล้อมขนาดเล็กที่มีสารอาหารน้อยดังนั้นนี่จะเป็นกลไกที่กระตุ้นให้เซลล์ทำลายเซลล์เป้าหมายและได้รับสารอาหาร

กลไกดังกล่าวได้รับการอธิบายไว้ในสามขั้นตอน ได้แก่ การจับเยื่อหุ้มเซลล์การแทรกและการทำโอลิโกเมอไรเซชัน

พันธะเมมเบรน

พบว่าเฮโมลิซินสามารถจับกับนิวโทรฟิลอินทิกรินและในเม็ดเลือดแดงโปรตีนเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าจับกับส่วนประกอบของไกลโคซิลเช่นไกลโคโปรตีน, แก็งลิโอไซด์และไกลโคฟอรินของเยื่อหุ้มเซลล์

ผู้เขียนบางคนแนะนำว่าการมีตัวรับในเมมเบรนไม่จำเป็นสำหรับการจับตัวของฮีโมลิซินที่จะเกิดขึ้น ไม่ว่าในกรณีใดกลไกของการกินโปรตีนในเซลล์ใหม่ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด

รูขุมขนที่เกิดจากโปรตีน Staphylococcus hemolysin (ที่มา: ผู้เขียนการสะสม: Song, L. , Hobaugh, M. , Shustak, C. , Cheley, S. , Bayley, H. , Gouaux, JE; ผู้สร้างภาพ: ผู้ใช้: Astrojan ผ่าน Wikimedia Commons)

ปฏิสัมพันธ์กับเมมเบรนเกิดขึ้นในสองขั้นตอน:

- การผูกเริ่มต้น (ย้อนกลับได้): เมื่อเฮโมลิซินจับกับโดเมนที่จับแคลเซียมของเมมเบรน ขั้นตอนนี้เกิดขึ้นบนพื้นผิวและมีความอ่อนไหวต่อการเกิดไฟฟ้าสถิตมาก

- ทางแยกที่ไม่สามารถย้อนกลับได้: เชื่อมต่อโดเมนของกรดอะมิโนกับส่วนประกอบของไขมันที่ชั้นนอกของเยื่อหุ้มพลาสมาของเซลล์เป้าหมายเพื่อสร้างพันธะทางกายภาพระหว่างสารประกอบที่ไม่ชอบน้ำของเมมเบรน

การใส่สารพิษเข้าไปในเยื่อหุ้มเซลล์

Α-Hemolysin ใส่สารตกค้าง 177 และ 411 ลงในชั้นเดียวของ lipid monolayer ในสภาพแวดล้อมนอกเซลล์เฮโมลิซินเกี่ยวข้องกับแคลเซียมไอออนซึ่งทำให้เกิดการจัดเรียงโครงสร้างและมีส่วนช่วยในการกระตุ้น

การแทรกนี้จะรวมสิ่งที่แนบกลับไม่ได้กับเยื่อหุ้มเซลล์ เมื่อการจัดเรียงเกิดขึ้นเฮโมลิซินจะกลายเป็นโปรตีนหนึ่งจากการทดลองแสดงให้เห็นว่าวิธีเดียวที่จะดึงมันออกจากเมมเบรนคือการใช้ผงซักฟอกเช่น Triton X-100

oligomerization

เมื่อเฮโมลิซินทั้งหมดถูกแทรกเข้าไปในเยื่อหุ้มพลาสมาของเซลล์เป้าหมายการเกิดโอลิโกเมอไรเซชันของหน่วยย่อยทั้ง 7 ที่ประกอบกันจะเกิดขึ้นซึ่งจะสิ้นสุดลงในการสร้างรูพรุนของโปรตีนซึ่งมีพลวัตสูง แต่ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของไขมันของเมมเบรน

มีการสังเกตว่ากระบวนการโอลิโกเมอไรเซชันเป็นที่ชื่นชอบของไมโครโดเมนหรือแพไลปิดของเยื่อหุ้มเซลล์ พื้นที่เหล่านี้อาจไม่นิยมการจับตัวกันของโปรตีน แต่พวกมันชอบการรวมตัวกันของโอลิโกเมอไรเซชันเมื่อใส่เข้าไปแล้ว

ยิ่งฮีโมลิซินจับกับพังผืดมากเท่าไหร่รูขุมขนก็จะก่อตัวมากขึ้นเท่านั้น นอกจากนี้เฮโมลิซินยังสามารถทำให้เกิด oligomerize ซึ่งกันและกัน (อันที่อยู่ติดกัน) และสร้างช่องที่ใหญ่กว่ามาก

อ้างอิง

Bakás, L. , Ostolaza, H. , Vaz, WL, และGoñi, FM (1996) การดูดซับแบบย้อนกลับและการใส่ Escherichia coli alpha-hemolysin ลงใน lipid bilayers วารสารชีวฟิสิกส์, 71 (4), 2412-2419.
Dalla Serra, M. , Coraiola, M. , Viero, G. , Comai, M. , Potrich, C. , Ferreras, M. , … & Prévost, G. (2005). Staphylococcus aureus bicomponent γ-hemolysins, HlgA, HlgB และ HlgC สามารถสร้างรูพรุนแบบผสมที่มีส่วนประกอบทั้งหมด วารสารข้อมูลทางเคมีและการสร้างแบบจำลอง, 45 (6), 1539-1545
Gow, JA, & Robinson, J. (1969). คุณสมบัติของ Staphylococcal บริสุทธิ์β-Hemolysin วารสารแบคทีเรีย, 97 (3), 1026-1032.
Ike, Y. , Hashimoto, H. , & Clewell, DB (1984) เฮโมลิซินของสปีชีส์ย่อย Streptococcus faecalis ไซโมจิเนสก่อให้เกิดความรุนแรงในหนู การติดเชื้อและภูมิคุ้มกัน, 45 (2), 528-530.
Remington, JS, Klein, JO, Wilson, CB, Nizet, V. , & Maldonado, YA (Eds.) (1976) โรคติดเชื้อของทารกในครรภ์และทารกแรกเกิด (ฉบับที่ 4) ฟิลาเดลเฟีย: Saunders
ทอดด์, EW (2475) แอนติเจนสเตรปโตคอคคัสเฮโมลิซิน วารสารเวชศาสตร์การทดลอง, 55 (2), 267-280.

ลักษณะของเฮโมลิซินประเภทกลไกการออกฤทธิ์ - ชีววิทยา - 2026