Koleratoksiini ( kolerogeeni [1] ) on Vibrio choleraen tuottama monialayksikköproteiinieksotoksiini . Vibrio (virulentti Vibrio cholerae -kanta [1] [2] erittää koleratoksiinia sen jälkeen, kun bakteeri on päässyt ihmiskehoon. CT:n vaikutus aiheuttaa voimakasta kuivumista kolerainfektion aktiivisen vaiheen alkamisen jälkeen . tartunnan saaneessa organismissa, yksi tämän toksiinin alayksiköistä katalysoi adenylaattisyklaasin ADP-ribosylaatiota , Gsα-komponenttia , mikä johtaa sen hyperaktivoitumiseen [2] .. Adenitalisyklaasin lisääntynyt aktiivisuus johtaa ionien kuljetuksen häiriintymiseen suolistosolujen kalvon läpi : sisäänotto natriumionien (ja niiden mukana veden) määrä vähenee ja anionien (ja niiden mukana veden) ulosvirtaus lisääntyy, minkä seurauksena suolistosolut menettävät nopeasti vettä, joka on joissain tapauksissa jopa kaksi litraa tunnissa.
Koleratoksiini on oligomeerinen proteiini, joka koostuu kuudesta alayksiköstä. Yksi näistä alayksiköistä on tyyppiä A. Tällä alayksiköllä on katalyyttistä aktiivisuutta. Loput viisi alayksikköä ovat tyyppiä B. Niitä tarvitaan koleratoksiinin sitoutumiseen ihmissolun reseptoriproteiiniin. Koleratoksiinin spatiaalinen rakenne saatiin Zhang et ai. (Zhang et al.) vuonna 1995.[3] Koleratoksiinin B-alayksiköt ovat pieniä proteiineja. B-alayksikön molekyylipaino on 12 kDa. Koleratoksiinimolekyylissä B-alayksiköt muodostavat renkaan. A-alayksikössä erotetaan kaksi disulfidisidoksella yhdistettyä domeenia: A1 (CTA1) on entsyymi, joka kiinnittää ADP-riboosin G-proteiineihin, A2 (CTA2) on alfakierteen muotoinen, joka sijaitsee viiden sisällä. -jäseninen rengas, jonka muodostavat B-alayksiköt [neljä] Koleratoksiinin rakenne, katalyyttinen mekanismi ja sekvenssi ovat samanlaisia kuin coli-toksiinin.
Koleratoksiini pääsee suoliston epiteelisoluihin (enterosyytteihin) reseptoririippuvaisen endosytoosin kautta . Solun sytoplasmassa disulfidisidos A1- ja A2-domeenien välillä palautuu ja A1 (CTA1) dissosioituu kompleksista. A1-alayksiköllä on kyky kiinnittää ADP-riboosi adenylaattisyklaasin trimeeriseen Gsa-komponenttiin. Tämän reaktion seurauksena adenylaattisyklaasi aktivoituu ja alkaa syntetisoida cAMP:tä. CAMP puolestaan käynnistää signalointireitin , joka johtaa kloridi-ionien ja muiden anionien ulosvirtaukseen solusta CFTR-kanavien kautta ja natrium-ionien pääsyn soluun lakkaamiseen. Natrium-ionien lisävirtaus tapahtuu yhdessä anionien kanssa. Natrium-ionit kuljetetaan yhdessä vesimolekyylien kanssa, joten veden pitoisuus solussa näiden prosessien aikana vähenee merkittävästi. Vesi-suola-tasapainon rikkominen johtaa ripuliin, jossa elimistö menettää jopa 2 litraa vettä tunnissa. Kuivuminen tapahtuu, ja potilaan uloste saa tyypillisen "riisiveden" koostumuksen suolen seinämästä erottuneiden enterosyyttien vuoksi. Erityisesti Bordetella pertussisin tuottama hinkuyskätoksiini (myös viiden alayksikön AB5-proteiini) vaikuttaa ihmiskehoon samalla tavalla, paitsi että hinkuyskätoksiini kiinnittää ADP-riboosin Gαi-alayksikköön pitäen sen inaktiivisessa tilassa. Gai-inaktiivisuus estää ihmisen adenylaattisyklaasin eston ja lisää cAMP-synteesiä solussa [6].
Erityksen jälkeen koleratoksiinin B-alayksikkö sitoutuu GM1-gangliosidiin, joka sijaitsee enterosyytin ulkosolukalvolla. Sitoutumisen jälkeen koleratoksiini (koko kompleksi) pääsee soluun endosytoosin kautta. Tässä vaiheessa rengas tuhoutuu ja disulfidisidosten palautumisen seurauksena vapautuu CTA1-domeeni, joka oli aiemmin osa alayksikköä A. Endosomi menee Golgin laitteeseen, jossa CTA1 on vuorovaikutuksessa endoplasmisen retikulumin chaperonin, proteiinin kanssa. disulfidi-isomeraasi, purkautuu ja kaperoni kuljettaa sen solukalvoalueelle Sec61-kanavan kautta. Kalvossa CTA1 on vuorovaikutuksessa oksidoreduktaasi Ero1:n kanssa, CTA1 vapautuu kompleksista chaperonin kanssa hapettumisen seurauksena ja laskostuu siten, että vältetään soluentsyymien aiheuttama ubikvitinoituminen ja myöhempi tuhoutuminen. CTA1 sitoutuu sitten ADP-ribosylaatiotekijään 6 (Arf6), joka stimuloi CTA1:n katalyyttistä aktiivisuutta. Siten CTA1:n ja Arf6:n kompleksi pilkkoo NAD:n ja siirtää tuloksena olevan ADP-riboosin G-proteiiniin, endogeenisen adenylaattisyklaasin säätelyalayksikköön. Tämä johtaa siihen, että Gαs säilyttää kyvyn sitoa GTP:tä, mutta menettää kyvyn hydrolysoida sitä, eli se pysyy aktivoidussa tilassa. Tämän seurauksena cAMP kerääntyy soluun. Yleensä sen pitoisuus voi kasvaa yli 100 kertaa.
Koleratoksiinia koodaava geeni on saattanut syntyä V. choleraessa niin kutsutun horisontaalisen geeninsiirron kautta . Virulentit Vibrio choleraen kannat ovat infektoituneet bakteriofagilla CTXf tai CTXφ ;[7]
Huolimatta mahtavasta nimestään, koleratoksiinilla on melko rauhanomaista käyttöä. Kantasolututkimuksen alalla koleratoksiinia käytetään laajalti viljelyalustojen lisäaineena . Tämä on välttämätöntä solujen erilaistumisen estämiseksi ja tietyn proliferaatiotason ylläpitämiseksi soluviljelmässä . Koleratoksiinin pitoisuus elatusaineissa on 0,1 nmol/l.
B-alayksikköä, joka ei itse ole sytotoksinen , käytetään merkkiaineena. Menetelmän ydin on, että fluoresoiva leima tai vasta -aine ( immunoglobuliini G - molekyyli ) ommellaan kemiallisesti B-alayksikköön . Sitoutumalla soluun, jossa on spesifinen gangliosidi , modifioitu B-alayksikkö leimaa solun.
Koleratoksiinin patogeenisyys sellaisenaan liuoksen, aerosolin jne. muodossa näyttää olevan kyseenalainen. Proteiinia sellaisenaan ei tuoteta in vivo vibrion puuttuessa, sen vaikutus soluihin on ajallisesti merkittävästi rajoitettu ja, kuten kaikki muut proteiinit, se on alttiina hajoamiselle ruoansulatuskanavassa.
Biologisilla markkinoilla koleratoksiinia myydään pienissä erissä, kuten Sigma-Aldrich , 10 mg:n pakkauksissa, mikä minimoi sen tahallisen tai sopimattoman käytön riskin tieteellisen laboratorion seinien ulkopuolella.