HEMOLIZINAS: SAVYBĖS, TIPAI, VEIKIMO MECHANIZMAI - BIOLOGIJA - 2025

Hemolizino yra mažas baltymų, kad priežastis poras į eritrocitus ir kai kurių kitų pačių kraujo ląstelių žinduolių membrana. Paprastai jis sintetinamas ir išskiriamas patogeninių bakterijų.

Šis baltymas yra vienas iš labiausiai paplitusių mikrobų toksinų ir tas, kuris buvo geriausiai ištirtas. Kartais tai gali sukelti hemolizinę anemiją, nes kanalų, pro kuriuos išeina ląstelės vidus, skaičius gali sukelti net ląstelės lizę.

Hemolizino molekulinė struktūra (Šaltinis: Jawahar Swaminathan ir MSD darbuotojai Europos bioinformatikos institute per „Wikimedia Commons“)

Paprastai hemolizinas yra tipiškas Streptococcus rūšių žarnyno toksinas. Jo funkcija leidžia bakterijoms sulaužyti žarnyno epitelinį barjerą ir tokiu būdu judėti per kraują, kad kolonizuotų kitus audinius.

Dažniausiai gamtoje randama hemolizino forma yra α-hemolizino forma. Šis baltymas yra vienas iš svarbiausių daugelio Escherichia coli padermių ir kai kurių klostridijų virulencijos veiksnių.

Daugumą šlapimo takų infekcijų sukelia Escherichia coli štamai, gaminantys α-hemoliziną, pasižymintį hemolizinėmis savybėmis.

Hemolizino ir bakteriocino gamyba bakterijų padermėse buvo susijusi su konkurencijos mechanizmu prieš kitas rūšis, ir atrodo, kad abiejų toksinų gamyba priklauso nuo tų pačių genetinių veiksnių, esančių bakterijų genome.

charakteristikos

Hemolizinas yra sudarytas iš septynių subvienetų, o jį koduojantis genas turi septynis promotorius. Šie septyni subvienetai įterpiami į tikslinių ląstelių plazminę membraną ir, susibūrę kartu, sudaro jonų kanalą, per kurį metabolitai iš ląstelės vidaus išeina.

Hemolizinas yra nuo tarpląstelinio kalcio (Ca + 2) priklausomas citotoksinas, veikiantis kraujo plazmos ląstelių membraną. Poros, kurias ji sukuria membranoje, taip pat yra hidrofilinės ir dėl to vanduo patenka į ląstelės vidų, o tai gali sukelti lizę.

Hemolizinai yra tipiški gramneigiamų bakterijų baltymų produktai, ir jie visi pasižymi dviem ypatybėmis:

1- Yra labai mažas peptidas (nonapeptidas), sudarytas iš aminorūgščių glicino ir asparto rūgšties pakartojimų. Hemolizino neonapeptidai yra netoli baltymo pirminės struktūros C-galo.

2- Visi hemolizinai bakterijos išskiriami į tarpląstelinę aplinką per ABC tipo pernešėją (ATP-Binding Cassette).

Hemolizino gamyba paprastai nustatoma bakterijų padermėse, augant kraujo agaro terpei. Tyrimo metu stebimas hemolizinis halogenas, raudonųjų kraujo kūnelių skilimo produktas šalia bakterijų kolonijų.

Tipai

Yra keli skirtingi hemolizinų tipai. Jie yra klasifikuojami graikiška raide vardo pradžioje. Labiausiai tirti yra α, β ir γ hemolizinai, kuriuos gamina Staphylococcus aureus padermė.

Hemolizino rūšys klasifikuojamos pagal ląstelių, kurias jos puola, diapazoną ir pagal pirminę baltymo struktūrą.

α-hemolizinas

Šis baltymas būdingas Staphylococcus aureus ir Escherichia coli kamienams; jis puola neutrofilus, eritrocitus, limfocitus, makrofagus, suaugusius ir embrioninius fibroblastus. Jis sąveikauja su šių ląstelių plazminės membranos lipidų polinėmis galvutėmis, kad membranos viduje būtų apie 5 hydro hidrofobinės uodegos.

β-hemolizinas

Gaminamas Staphylococcus aureus mažesniu mastu nei α-hemolizinas, β-hemolizinas daugiausia puola raudonuosius kraujo kūnelius ir patenka į membraną išskirtinai per sfingomielino turinčius ląstelės membranos domenus.

γ-hemolizinas

Tai buvo pastebėta ir Staphylococcus aureus. Jis buvo klasifikuojamas kaip hemolizinis baltymas ir leukotoksinas tuo pačiu metu, nes jis veikia žmogaus polimorfonuklearines ląsteles, monocitus, makrofagus ir retai net raudonuosius kraujo kūnelius.

Šis γ-hemolizino tipas yra vienas iš mažiausiai apibūdinamųjų, todėl didžioji jo veikimo mechanizmo dalis nežinoma ir jis nebuvo ištirtas in vivo.

Veiksmų mechanizmai

Palyginti aiškiai išaiškintas veikimo mechanizmas yra α-hemolizinas. Kadangi visi jie yra hemoliziniai baltymai, manoma, kad dauguma procesų yra būdingi visiems hemolizinams.

Mokslininkai pataria, kad bakterijos, norėdamos išskirti hemoliziną į aplinką, turėtų būti nepalankioje maistinių medžiagų mikroaplinkoje, todėl tai būtų mechanizmas, kuris suaktyvina ląstelę sunaikinti tikslines ląsteles ir gauti jų maistines medžiagas.

Mechanizmas aprašytas trimis etapais: ląstelės membranos surišimas, įdėjimas ir oligomerizacija.

Membraninis ryšys

Nustatyta, kad hemolizinai gali jungtis prie neutrofilų integrinų, ir nustatyta, kad eritrocituose šie baltymai prisijungia prie ląstelės membranos glikozilintų komponentų, tokių kaip glikoproteinai, gangliozidai ir glikoporinai.

Kai kurie autoriai teigia, kad receptorių buvimas membranoje nėra būtinas norint prisijungti hemolizinus. Bet kokiu atveju, ląstelių pakartotinio valgymo mechanizmas dar nėra tiksliai žinomas.

Staphylococcus hemolizino baltymo suformuotos transmembraninės poros (Šaltinis: Depozito autoriai: Song, L., Hobaugh, M., Shustak, C., Cheley, S., Bayley, H., Gouaux, JE; Vizualizacijos autorius: Vartotojas: Astrojan per „Wikimedia Commons“)

Sąveika su membrana vyksta dviem etapais:

- Pradinis jungimasis (grįžtamasis): kai hemolizinas jungiasi prie membranos, susijusios su kalciu. Šis žingsnis vyksta paviršiuje ir yra labai jautrus elektrostatiniam išlydžiui.

- Negrįžtama jungtis: jungia aminorūgščių domenus su tikslinių ląstelių plazminės membranos išorinio sluoksnio lipidų komponentais, kad sudarytų fizinius ryšius tarp membranos hidrofobinių junginių.

Toksino įterpimas į membraną

Α-Hemolizinas įterpia 177 ir 411 likučius į pirmąjį lipidų monosluoksnį. Tarpląstelinėje aplinkoje hemolizinas yra susijęs su kalcio jonais, kurie sukelia jame struktūrinį išdėstymą ir prisideda prie jo aktyvavimo.

Šis intarpas įtvirtina negrįžtamą prisirišimą prie ląstelės membranos. Įvykus šiam susitarimui, hemolizinas virsta vientisu baltymu, nes eksperimentais įrodyta, kad vienintelis būdas jį išgauti iš membranos yra naudojant tokius ploviklius kaip Triton X-100.

Oligomerizacija

Kai visas hemolizinas įterpiamas į tikslinių ląstelių plazminę membraną, įvyksta 7 jį sudarančių subvienetų oligomerizacija, kuri baigiasi baltymų porų susidarymu, labai dinamiška, bet priklausoma nuo membranos lipidų sudėties.

Pastebėta, kad oligomerizacijos procesą palaiko ląstelės membranos mikrodomenai arba lipidų plaustai. Šie regionai gali nerekomenduoti baltymo surišimo, tačiau jie palaiko tų pačių oligomerizaciją, kai tik jie įterpti.

Kuo daugiau hemolizinų jungiasi prie membranos, tuo daugiau porų susiformuos. Be to, hemolizinai gali oligomerizuoti vienas kitą (greta esančius) ir sudaryti daug didesnius kanalus.

Nuorodos

1. Bakás, L., Ostolaza, H., Vaz, WL, & Goñi, FM (1996). Escherichia coli alfa-hemolizino grįžtamoji adsorbcija ir negrįžtamas įdėjimas į lipidų dvisluoksnius sluoksnius. Biofizinis žurnalas, 71 (4), 1869–1886.
2. Dalla Serra, M., Coraiola, M., Viero, G., Comai, M., Potrichas, C., Ferreras, M.,… ir „Prévost“, G. (2005). Staphylococcus aureus bikomponentas γ-hemolizinai HlgA, HlgB ir HlgC gali sudaryti mišrias poras, kuriose yra visi komponentai. Cheminės informacijos ir modeliavimo žurnalas, 45 (6), 1539-1545.
3. Gow, JA, ir Robinson, J. (1969). Išgryninto stafilokoko β-hemolizino savybės. Journal of bakteriology, 97 (3), 1026-1032.
4. Ike, Y., Hashimoto, H., & Clewell, DB (1984). Streptococcus faecalis zymogenes porūšio hemolizinas prisideda prie pelių virulentiškumo. Infekcija ir imunitetas, 45 (2), 528–530.
5. Remingtonas, JS, Kleinas, JO, Wilsonas, CB, Nizet, V., ir Maldonado, YA (Red.). (1976). Infekcinės vaisiaus ir naujagimio ligos (4 tomas). Filadelfija: Saunders.
6. Toddas, EW (1932). Antigeninis streptokokinis hemolizinas. Žurnalas „Experimental Medicine“, 55 (2), 267–280.