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Toxina-1 del síndrome de shock tóxico

La toxina del síndrome de choque tóxico-1 ( TSST-1 ) es un superantígeno de 22 kDa [ 1 ] producido por entre el 5 y el 25 % de los aislados de Staphylococcus aureus . Causa el s...

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La toxina del síndrome de choque tóxico-1 ( TSST-1 ) es un superantígeno de 22 kDa [ 1 ] producido por entre el 5 y el 25 % de los aislados de Staphylococcus aureus . Causa el síndrome de choque tóxico (SCT) al estimular la liberación de grandes cantidades de interleucina-1 , interleucina-2 y factor de necrosis tumoral . En general, la toxina no es producida por bacterias que crecen en la sangre, sino que se produce en el sitio de la infección y luego ingresa al torrente sanguíneo.

Características

La toxina del síndrome de choque tóxico-1 (TSST-1), un superantígeno prototipo secretado por una cepa bacteriana de Staphylococcus aureus en huéspedes susceptibles, actúa sobre el sistema vascular causando inflamación , fiebre y choque . [ 2 ] La cepa bacteriana que produce la TSST-1 puede encontrarse en cualquier área del cuerpo, pero vive principalmente en la vagina de las mujeres infectadas. La TSST-1 es una exotoxina bacteriana que se encuentra en pacientes que han desarrollado síndrome de choque tóxico (SCT), que puede encontrarse en mujeres menstruantes o en cualquier hombre o niño. [ 3 ] Un tercio de todos los casos de SCT se han encontrado en hombres. [ 4 ] Esta estadística podría deberse posiblemente a heridas quirúrgicas o cualquier herida en la piel. [ 4 ] La TSST-1 es la causa de la mitad de los casos de SCT no menstruales y la única causa de los casos de SCT menstruales. [ 5 ]

Estructura

En la secuencia de nucleótidos de TSST-1, hay un marco de lectura abierto de 708 pares de bases y una secuencia Shine-Dalgarno que está siete pares de bases corriente abajo del sitio de inicio. [ 6 ] En toda la secuencia de nucleótidos, solo 40 aminoácidos componen el péptido señal. Un solo péptido señal consta de un extremo de 1 a 3 aminoácidos básicos, una región hidrofóbica de 15 residuos, una prolina (Pro) o glicina (Gly) en la región central hidrofóbica, un aminoácido serina (Ser) o treonina (Thr) cerca del extremo carboxilo terminal de la región central hidrofóbica, y una alanina (Ala) o glicina (Gly) en el sitio de escisión. [ 6 ] Una proteína TSST-1 madura tiene una secuencia codificante de 585 pares de bases. [ 6 ] La secuencia completa de nucleótidos fue determinada por Blomster-Hautamaazg, et al., así como por otros investigadores con otros experimentos. [ 6 ] Consistiendo en una sola cadena polipeptídica, la estructura de la holotoxina TSST-1 es tridimensional y consta de un dominio alfa (α) y beta (β). [ 1 ] Esta estructura tridimensional de la proteína TSST-1 fue determinada purificando los cristales de la proteína. [ 1 ] Los dos dominios son adyacentes entre sí y poseen cualidades únicas. El dominio A, el mayor de los dos dominios, contiene los residuos 1-17 y 90-194 en TSST-1 y consta de una larga hélice alfa (α) con residuos 125-140 rodeada por una lámina beta (β) de 5 hebras. [ 1 ] [ 5 ] El dominio B es único porque contiene los residuos 18–89 en TSST-1 y consta de un barril (β) formado por 5 hebras β. [ 1 ] Los métodos de cristalografía muestran que el barril β interno del dominio B contiene varios aminoácidos hidrofóbicos y residuos hidrofílicos en la superficie del dominio, lo que permite que TSST-1 atraviese las superficies mucosas de las células epiteliales. [ 1 ] Aunque TSST-1 consta de varios aminoácidos hidrofóbicos, esta proteína es altamente soluble en agua. [ 5 ] TSST-1 es resistente al calor y a la proteólisis. Se ha demostrado que TSST-1 puede hervirse durante más de una hora sin presencia de desnaturalización ni efecto directo sobre su función. [ 5 ]

Producción

La TSST-1 es una proteína codificada por el gen tst , que forma parte del elemento genético móvil isla de patogenicidad estafilocócica 1. [ 1 ] La toxina se produce en mayores volúmenes durante la fase postexponencial de crecimiento, similar a la de los superantígenos de toxinas pirógenas, también conocidos como PTSAgs. [ 1 ] Se requiere oxígeno para producir TSST-1, [ 7 ] además de la presencia de proteína animal, bajos niveles de glucosa y temperaturas entre 37 y 40 °C (99 y 104 °F) . [ 1 ] La producción es óptima a pH cercanos a la neutralidad y cuando los niveles de magnesio son bajos, [ 8 ] y se amplifica aún más por altas concentraciones de S. aureus , lo que indica su importancia en el establecimiento de la infección. [ 1 ]  

TSST-1 se diferencia de otros PTSAgs en que su secuencia genética no tiene un homólogo con otras secuencias de superantígenos. [ 1 ] TSST-1 no tiene un bucle de cisteína , que es una estructura importante en otros PTSAgs. [ 9 ] TSST-1 también se diferencia de otros PTSAgs en su capacidad de atravesar membranas mucosas , razón por la cual es un factor importante en el SST menstrual. [ 1 ] Cuando la proteína se traduce, está en forma de proproteína y solo puede salir de la célula una vez que se ha escindido la secuencia señal. [ 1 ] El locus agr ( regulador de genes accesorios ) [ a ] ​​es uno de los sitios clave de regulación positiva para muchos de los genes de S. aureus , incluido TSST-1. [ 9 ] Además, las alteraciones en la expresión de los genes ssrB y srrAB afectan la transcripción de TSST-1. [ 7 ] Además, los altos niveles de glucosa inhiben la transcripción, ya que la glucosa actúa como un represor catabólico . [ 1 ]

Mutaciones

Basándose en estudios de diversas mutaciones de la proteína, parece que las porciones superantigénicas y letales de la proteína están separadas. [ 1 ] Una variante en particular, TSST-ovina o TSST-O, fue importante para determinar las regiones de importancia biológica en TSST-1. [ 12 ] TSST-O no causa TSS, no es mitogénica y difiere en secuencia de TSST-1 en 14 nucleótidos , que corresponden a 9 aminoácidos. [ 12 ] Dos de estos se escinden como parte de la secuencia señal y, por lo tanto, no son importantes en la diferencia de función observada. [ 12 ] A partir de los estudios que observaron las diferencias en estas dos proteínas, se descubrió que el residuo 135 es crítico tanto en la letalidad como en la mitogenicidad, mientras que las mutaciones en los residuos 132 y 136 hicieron que la proteína perdiera su capacidad de causar TSS, sin embargo, todavía había signos de superantigenicidad. [ 13 ] Si la lisina en el residuo 132 en TSST-O se cambia por un glutamato , el mutante recupera poca superantigenicidad, pero se vuelve letal, lo que significa que la capacidad de causar TSS resulta del glutamato en el residuo 132. [ 12 ] [ 13 ] La pérdida de actividad de estas mutaciones no se debe a cambios en la conformación de la proteína, sino que estos residuos parecen ser críticos en las interacciones con los receptores de células T. [ 13 ]

Aislamiento

Se pueden purificar muestras de TSST-1 a partir de cultivos bacterianos para su uso en entornos de prueba in vitro ; sin embargo, esto no es ideal debido a la gran cantidad de factores que contribuyen a la patogénesis en un entorno in vivo . [ 8 ] Además, el cultivo de bacterias in vitro proporciona un entorno rico en nutrientes, a diferencia de la realidad de un entorno in vivo , donde los nutrientes tienden a ser más escasos. [ 8 ] El TSST-1 se puede purificar mediante enfoque isoeléctrico preparativo para su uso in vitro o en modelos animales utilizando una minibomba osmótica. [ 14 ]

Mecanismo

Un superantígeno como TSST-1 estimula las células T humanas que expresan VB 2, que pueden representar entre el 5 y el 30 % de todas las células T del huésped. Los PTSAgs inducen la expansión específica de VB tanto de las subpoblaciones CD4 como CD8- de linfocitos T. TSST-1 forma homodímeros en la mayoría de sus formas cristalinas conocidas. [ 1 ] Los SAG muestran una arquitectura notablemente conservada y se dividen en dominios N-terminal y C-terminal. El análisis mutacional ha mapeado la región putativa de unión al TCR de TSST-1 a un sitio ubicado en el surco posterior. Si el TCR ocupa este sitio, la hélice alfa amino terminal forma una gran cuña entre el TCR y las moléculas MHC de clase II. La cuña separaría físicamente el TCR de las moléculas MHC de clase II. Puede existir un dominio novedoso en los SAG que sea separado de los dominios de unión al TCR y al MHC de clase II. El dominio consta de los residuos 150 a 161 en SEB, y existen regiones similares en todos los demás SAG también. En este estudio, un péptido sintético que contiene esta secuencia fue capaz de prevenir la letalidad inducida por SAG en ratones sensibilizados con D-galactosamina con TSST-1 estafilocócico, así como con algunos otros SAG. [ 1 ] [ 15 ] Existen diferencias significativas en las secuencias de los alelos MHC Clase II y los elementos TCR Vbeta expresados ​​por diferentes especies, y estas diferencias tienen efectos importantes en la interacción de PTSAgs y con las moléculas MHC Clase II y TCR.

Sitio de unión

TSST-1 se une principalmente a la cadena alfa del MHC de clase II exclusivamente a través de un sitio de unión de baja afinidad (o genérico) en el dominio N-terminal SAG. Esto contrasta con otros superatógenos (SAG), como DEA y SEE, que se unen al MHC de clase II a través del sitio de baja afinidad y a la cadena beta a través de un sitio de alta afinidad. Este sitio de alta afinidad es un sitio dependiente de zinc en el dominio C-terminal SAG. Cuando este sitio se une, se extiende sobre parte del surco de unión, establece contactos con el péptido unido y luego se une a regiones de las cadenas alfa y beta. [ 15 ] La unión del MHC por TSST-1 depende parcialmente del péptido. Estudios de mutagénesis con SEA han indicado que ambos sitios de unión son necesarios para una activación óptima de las células T. Estos estudios que contienen TSST-1 indican que el dominio de unión del TCR se encuentra en la parte superior de la cara posterior de esta toxina, aunque la interacción completa aún está por determinar. También se han observado indicios de que el sitio de unión del TCR a la TSST-1 se localiza en el surco mayor de la hélice alfa central o en la hélice alfa amino terminal corta. Se sabe que los residuos del motivo de garra beta de la TSST-1 interactúan principalmente con la región invariante de la cadena alfa de esta molécula MHC de clase II. [ 1 ] También se identificaron residuos que forman contactos menores con la TSST-1 en la cadena β del HLA-DR1, así como en el péptido antigénico, ubicado en el surco intercatenario. La disposición de la TSST-1 con respecto a la molécula MHC de clase II impone una restricción estérica al complejo de tres componentes formado por la TSST-1, la molécula MHC de clase II y el TCR. [ 1 ]

Análisis mutacional

Los estudios iniciales de mutantes revelaron que los residuos en la parte posterior de la hélice alfa central eran necesarios para la actividad superantígena. Cambiar la histidina en la posición 135 por alanina hizo que TSST-1 no fuera ni letal ni superantigénico. Los cambios en los residuos que estaban cerca de H135A también tuvieron el efecto de disminuir la letalidad y la calidad superantigénica de estos mutantes. Aunque la mayoría de estos mutantes no resultaron en la pérdida de antigenicidad de TSST-1. Las pruebas realizadas con toxinas TSST-1 mutagénicas indicaron que las propiedades letales y superantigénicas son separables. Cuando Lys-132 en TSST-O se cambió por Glu, el mutante resultante se volvió completamente letal pero no superantigénico. Los mismos resultados, letal pero no superantigénico, se encontraron para TSST-1 Gly16Val. Se ha propuesto que los residuos Gly16, Glu132 y Gln 136, ubicados en la parte posterior del surco posterior de la supuesta región de unión al TCR de TSST-1, también forman parte de un segundo sitio funcionalmente letal en TSST-1. [ 1 ]

Notas

  1. ↑ Cuando está activo durante la colonización bacteriana, este locus genético también se denomina exp agr , en referencia a la fase exponencial (o fase logarítmica) del crecimiento bacteriano , antes de que la expresión de otros genes regule negativamente agr y el crecimiento entre en su fase estacionaria. [ 10 ] [ 11 ]

Referencias

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Dinges MM , Orwin PM , Schlievert PM ( enero de 2000 ). " Exotoxinas de Staphylococcus aureus" . Clinical Microbiology Reviews . 13 (1): 16–34 , tabla de contenido. doi : 10.1128/CMR.13.1.16 . PMC 88931. PMID 10627489 .  
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