HEMOLYSIN: EGENSKAPER, TYPER, VERKNINGSMEKANISMER - BIOLOGI - 2025

Den hemolysin är ett litet protein som orsakar porer i cellen av erytrocyter och vissa andra egna blodceller av däggdjur membran. Det syntetiseras och utsöndras generellt av patogena bakterier.

Detta protein är ett av de vanligaste mikrobiella toxinerna och det som har studerats bäst. Ibland kan det orsaka hemolytisk anemi, eftersom antalet kanaler genom vilka cellinredet går ut till och med kan orsaka celllys.

Hemolysins molekylstruktur (Källa: Jawahar Swaminathan och MSD-personal vid European Bioinformatics Institute via Wikimedia Commons)

I allmänhet är hemolysin ett typiskt toxin från Streptococcus-arter i tarmsystemet. Dess funktion gör det möjligt för bakterier att bryta epitelbarriären i tarmsystemet och därmed röra sig genom blodomloppet för att kolonisera andra vävnader.

Den vanligaste formen som hemolysin finns i naturen är i sin a-hemolysinform. Detta protein är en av de viktigaste virulensfaktorerna hos de flesta Escherichia coli-stammar och vissa klostridier.

De flesta urinvägsinfektioner orsakas av Escherichia coli-stammar som producerar a-hemolysin med hemolytiska egenskaper.

Produktionen av hemolysin och bakteriocin i bakteriestammar har varit relaterad till en konkurrensmekanism mot de andra arterna och produktionen av båda toxiner verkar bero på samma genetiska determinanter i bakteriens genom.

egenskaper

Hemolysin består av sju underenheter och genen som kodar för det har sju promotorer. Dessa sju subenheter sätts in i plasmamembranet i målcellerna och bildar när de sammanförs en jonkanal genom vilken metaboliter från cellens inre slipper ut.

Hemolysin är ett extracellulärt kalcium (Ca + 2) -beroende cytotoxin som verkar på plasmamembranet i celler i blodomloppet. Porerna som det skapar i membranet är också hydrofila och får vatten att tränga in i cellens inre, vilket kan leda till lys.

Hemolysiner är typiska proteinprodukter av gramnegativa bakterier och de har alla två egenskaper:

1- Närvaron av en mycket liten peptid (nonapeptid) som består av upprepningar av aminosyrorna glycin och asparaginsyra. Nonapeptiderna av hemolysin är lokaliserade nära den C-terminala delen av proteinets primära struktur.

2- Alla hemolysiner utsöndras av bakterierna i den extracellulära miljön genom en transporter av ABC-typ (ATP-bindande kassett).

Hemolysinproduktion detekteras vanligtvis i bakteriestammar genom tillväxt i blodagarmedium. I testet observeras en hemolytisk halo, en produkt av nedbrytningen av röda blodkroppar nära bakteriekolonierna.

typer

Det finns flera olika typer av hemolysiner, dessa klassificeras med en grekisk bokstav i början av deras namn. De mest studerade och vanliga är a-, p- och y-hemolysiner, alla producerade av Staphylococcus aureus-stammen.

Typerna av hemolysin klassificeras enligt det antal celler de attackerar och enligt deras primära struktur av proteinet.

α-hemolysin

Detta protein är typiskt för Staphylococcus aureus och Escherichia coli-stammar; den attackerar neutrofiler, röda blodkroppar, lymfocyter, makrofager, vuxna och embryonala fibroblaster. Det interagerar med de polära huvuden på plasmamembranlipiderna i dessa celler för att internalisera en hydrofob svans på cirka 5 Ӑ inuti membranet.

β-hemolysin

Tillverkad av Staphylococcus aureus i mindre utsträckning än α-hemolysin, ß-hemolysin attackerar huvudsakligen röda blodkroppar och kommer in i membranet uteslutande genom de sfingomyelinrika domänerna i cellmembranet.

γ-hemolysin

Det har också setts i Staphylococcus aureus. Det har klassificerats som ett hemolytiskt protein och ett leukotoxin på samma gång eftersom det påverkar polymorfonukleära celler från människor, monocyter, makrofager och, sällan, till och med röda blodkroppar.

Denna typ av y-hemolysin är en av de minst karakteriserade, därför är mycket av dess verkningsmekanism okänd och den har inte undersökts in vivo.

Handlingsmekanismer

Handlingsmekanismen som har relativt tydligt klargjorts är a-hemolysin. Eftersom de alla är hemolytiska proteiner anses emellertid de flesta processer vara gemensamma för alla hemolysiner.

Forskare föreslår att för bakterier att utsöndra hemolysin i miljön måste de vara i en näringsfattig mikro-miljö, därför skulle detta vara en mekanism som får cellen att förstöra målcellerna och få sina näringsämnen.

Mekanismen har beskrivits i tre steg: cellmembranbindning, insättning och oligomerisering.

Membranbindning

Det har visat sig att hemolysiner kan binda till neutrofila integriner och i erytrocyter har dessa proteiner visat sig binda till glykosylerade komponenter såsom glykoproteiner, gangliosider och glykoforiner i cellmembranet.

Vissa författare antyder att närvaron av receptorer i membranet inte är nödvändigt för att bindningen av hemolysiner ska uppstå. I vilket fall som helst är mekanismen för cellåterätning av proteinet ännu inte känd med precision.

Transmembranpor bildad av Staphylococcus hemolysin-proteinet (Källa: Depositionförfattare: Song, L., Hobaugh, M., Shustak, C., Cheley, S., Bayley, H., Gouaux, JE; visualiseringsförfattare: Användare: Astrojan via Wikimedia Commons)

Interaktionen med membranet sker i två steg:

- Initial bindning (reversibel): när hemolysin binder till de kalciumbindande domänerna i membranet. Detta steg inträffar på ytan och är mycket mottagligt för elektrostatisk urladdning.

- Oåterkallelig övergång: förenar aminosyradomänerna med lipidkomponenterna i det yttre skiktet av plasmamembranet i målcellerna för att bilda fysiska bindningar mellan de hydrofoba föreningarna i membranet.

Insättning av toxin i membranet

Hem-Hemolysin sätter in resterna 177 och 411 i det första lipidmonoskiktet. I den extracellulära miljön förknippas hemolysin med kalciumjoner, vilket inducerar ett strukturellt arrangemang i det och bidrar till dess aktivering.

Denna infogning konsoliderar den irreversibla fästningen till cellmembranet. När arrangemanget har inträffat blir hemolysin ett integrerat protein, eftersom det experimentellt har visats att det enda sättet att extrahera det från membranet är att använda tvättmedel såsom Triton X-100.

oligomerisering

När allt hemolysin har införts i plasmamembranet i målcellerna sker oligomeriseringen av de 7 underenheterna som utgör det, vilket slutar i bildningen av en proteinpor, mycket dynamisk men beroende på lipidkompositionen i membranet.

Det har observerats att oligomeriseringsprocessen gynnas av mikrodomänerna eller lipidflotten i cellmembranet. Dessa regioner kanske inte föredrar bindningen av proteinet, men de gynnar oligomeriseringen av samma när den har införts.

Ju mer hemolysiner binder till membranet, desto fler porer kommer att bildas. Dessutom kan hemolysiner oligomerisera varandra (intilliggande) och bilda mycket större kanaler.

referenser

1. Bakás, L., Ostolaza, H., Vaz, WL, & Goñi, FM (1996). Vändbar adsorption och icke-reversibelt införande av Escherichia coli alfa-hemolysin i lipid-tvåskikt. Biophysical journal, 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 och HlgC, kan bilda blandade porer som innehåller alla komponenter. Journal of chemical information and modellering, 45 (6), 1539-1545.
3. Gow, JA, & Robinson, J. (1969). Egenskaper hos renat staphylokock-p-hemolysin. Journal of bacteriology, 97 (3), 1026-1032.
4. Ike, Y., Hashimoto, H., & Clewell, DB (1984). Hemolysin av Streptococcus faecalis underarter zymogenes bidrar till virulens hos möss. Infektion och immunitet, 45 (2), 528-530.
5. Remington, JS, Klein, JO, Wilson, CB, Nizet, V., & Maldonado, YA (Eds.). (1976). Infektionssjukdomar hos fostret och det nyfödda barnet (vol. 4). Philadelphia: Saunders.
6. Todd, EW (1932). Antigen streptokock hemolysin. Journal of experimentell medicin, 55 (2), 267-280.