HEMOLIZĪNS: ĪPAŠĪBAS, VEIDI, DARBĪBAS MEHĀNISMI - BIOLOĢIJA - 2025

Hemolizīna ir neliela olbaltumviela, kas rada poras šūnā eritrocītu un dažu citu pašu asins šūnās zīdītājiem membrānu. Parasti to sintezē un izdalās patogēnās baktērijas.

Šis proteīns ir viens no visbiežāk sastopamajiem mikrobu toksīniem un tas, kurš ir vislabāk izpētīts. Dažreiz tas var izraisīt hemolītisko anēmiju, jo kanālu skaits, caur kuriem iziet šūnas iekšpuse, var izraisīt pat šūnu lizēšanu.

Hemolizīna molekulārā struktūra (Avots: Jawahar Swaminathan un MSD darbinieki Eiropas Bioinformatikas institūtā, izmantojot Wikimedia Commons)

Parasti hemolizīns ir tipisks zarnu trakta Streptococcus sugu toksīns. Tās funkcija ļauj baktērijām pārkāpt zarnu trakta epitēlija barjeru un tādējādi pārvietoties pa asinsriti, lai kolonizētu citus audus.

Visizplatītākā hemolizīna forma dabā ir α-hemolizīna formā. Šis proteīns ir viens no vissvarīgākajiem virulences faktoriem lielākajā daļā Escherichia coli celmu un dažos klostridijās.

Lielāko daļu urīnceļu infekciju izraisa Escherichia coli celmi, kas ražo α-hemolizīnu ar hemolītiskām īpašībām.

Hemolizīna un bakteriocīna ražošana baktēriju celmos ir bijusi saistīta ar konkurences mehānismu pret citām sugām, un šķiet, ka abu toksīnu ražošana ir atkarīga no vieniem un tiem pašiem ģenētiskajiem faktoriem baktēriju genomā.

raksturojums

Hemolizīns sastāv no septiņām apakšvienībām, un gēnā, kas to kodē, ir septiņi promotori. Šīs septiņas apakšvienības ievieto mērķa šūnu plazmas membrānā un, sanākot kopā, veido jonu kanālu, caur kuru no šūnu iekšpuses izdalās metabolīti.

Hemolizīns ir no ārpusšūnu kalcija (Ca + 2) atkarīgs citotoksīns, kas iedarbojas uz asinsrites šūnu plazmas membrānu. Poras, ko tas rada membrānā, ir arī hidrofīlas un izraisa ūdens iekļūšanu šūnas iekšpusē, kas var izraisīt līzi.

Hemolizīni ir tipiski gramnegatīvo baktēriju olbaltumvielu produkti, un tiem visiem ir divas īpašības:

1- Ļoti maza peptīda (nonapeptīda) klātbūtne, ko veido aminoskābju glicīna un asparagīnskābes atkārtojumi. Hemolizīna nonapeptīdi atrodas netālu no olbaltumvielu primārās struktūras C-gala daļas.

2 - Visi hemolizīni baktērijas izdalās ārpusšūnu vidē caur ABC tipa transportieri (ATP saistošo kaseti).

Hemolizīna veidošanos baktēriju celmos parasti atklāj, augot asins agara barotnē. Pārbaudē tiek novērots hemolītisks halogēns - sarkano asins šūnu sadalīšanās produkts baktēriju koloniju tuvumā.

Veidi

Ir vairāki dažādi hemolizīnu veidi, tos nosaukuma sākumā klasificē ar grieķu burtu. Vispētītākie un izplatītākie ir α, β un γ hemolizīni, kurus ražo Staphylococcus aureus celms.

Hemolizīna tipus klasificē pēc to šūnu diapazona, kuriem tie uzbrūk, un pēc to olbaltumvielu primārās struktūras.

α-hemolizīns

Šis proteīns ir raksturīgs Staphylococcus aureus un Escherichia coli celmiem; tas uzbrūk neitrofiliem, eritrocītiem, limfocītiem, makrofāgiem, pieaugušajiem un embrija fibroblastiem. Tas mijiedarbojas ar šo šūnu plazmas membrānas lipīdu polārajām galvām, lai membrānas iekšienē internalizētu apmēram 5 Ӑ hidrofobu asti.

β-hemolizīns

Izgatavots Staphylococcus aureus mazākā mērā nekā α-hemolizīns, β-hemolizīns galvenokārt uzbrūk eritrocītiem un nonāk membrānā tikai caur šūnu membrānas, kas bagātas ar sfingomielīniem.

γ-hemolizīns

Tas ir novērots arī Staphylococcus aureus. Tas vienlaikus ir klasificēts kā hemolītisks proteīns un leikotoksīns, jo tas ietekmē cilvēku polimorfonukleārās šūnas, monocītus, makrofāgus un reti pat sarkanās asins šūnas.

Šis γ-hemolizīna tips ir viens no vismazāk raksturotajiem, tāpēc liela daļa tā darbības mehānisma nav zināmi, un tas nav pētīts in vivo.

Darbības mehānismi

Relatīvi skaidri noskaidrotais darbības mehānisms ir α-hemolizīns. Tomēr, tā kā tie visi ir hemolītiski proteīni, tiek uzskatīts, ka vairums procesu ir kopīgi visiem hemolizīniem.

Zinātnieki ierosina, lai baktērijas izdalītu hemolizīnu vidē, tām jāatrodas barības vielu trūkuma mikrovidē, tāpēc tas būtu mehānisms, kas šūnu iedarbina, lai iznīcinātu mērķa šūnas un iegūtu to barības vielas.

Mehānisms ir aprakstīts trīs posmos: šūnu membrānu saistīšana, ievietošana un oligomerizācija.

Membrānas saite

Ir konstatēts, ka hemolizīni spēj saistīties ar neitrofilu integrīniem, un ir pierādīts, ka eritrocītos šie proteīni saistās ar glikozilētiem komponentiem, piemēram, glikoproteīniem, gangliozīdiem un šūnu membrānas glikophorīniem.

Daži autori norāda, ka receptoru klātbūtne membrānā nav būtiska hemolizīnu saistīšanai. Jebkurā gadījumā šūnu olbaltumvielu atkārtotas ēšanas mehānisms vēl nav precīzi zināms.

Transfilmas poras, ko veido Staphylococcus hemolysin protein (Avots: Depozīcijas autori: Song, L., Hobaugh, M., Shustak, C., Cheley, S., Bayley, H., Gouaux, JE; vizualizācijas autors: Lietotājs: Astrojan izmantojot Wikimedia Commons)

Mijiedarbība ar membrānu notiek divos posmos:

- Sākotnējā saistīšanās (atgriezeniskā): kad hemolizīns saistās ar membrānas kalcija saistošajiem domēniem. Šis solis notiek uz virsmas un ir ļoti jutīgs pret elektrostatisko izlādi.

- Neatgriezenisks savienojums: savieno aminoskābju domēnus ar mērķa šūnu plazmas membrānas ārējā slāņa lipīdu komponentiem, lai veidotu fiziskas saites starp membrānas hidrofobiem savienojumiem.

Toksīna ievietošana membrānā

Α-Hemolizīns ievieto atlikumus 177 un 411 pirmajā lipīdu monoslānī. Āršūnu vidē hemolizīns ir saistīts ar kalcija joniem, kas inducē tajā strukturālu izvietojumu un veicina tā aktivizēšanu.

Šis ievietojums nostiprina neatgriezenisku piestiprinājumu pie šūnu membrānas. Pēc sakārtošanas hemolizīns kļūst par neatņemamu olbaltumvielu, jo eksperimentāli ir pierādīts, ka vienīgais veids, kā to iegūt no membrānas, ir tādu mazgāšanas līdzekļu kā Triton X-100 lietošana.

Oligomerizācija

Kad viss hemolizīns ir ievietots mērķa šūnu plazmas membrānā, notiek to veidojošo 7 apakšvienību oligomerizācija, kas beidzas ar olbaltumvielu poru veidošanos, kas ir ļoti dinamiska, bet atkarīga no membrānas lipīdu sastāva.

Ir novērots, ka oligomerizācijas procesu veicina šūnu membrānas mikrodomaini vai lipīdu plosti. Šie reģioni, iespējams, neatbalsta olbaltumvielu saistīšanos, bet tie atbalsta to ievietošanu pēc oligomerizācijas.

Jo vairāk hemolizīnu saistās ar membrānu, jo vairāk veidosies poras. Turklāt hemolizīni var oligomerizēt viens otru (blakus esošos) un veidot daudz lielākus kanālus.

Atsauces

1. Bakás, L., Ostolaza, H., Vaz, WL, & Goñi, FM (1996). Escherichia coli alfa-hemolizīna atgriezeniskā adsorbcija un neatgriezeniska ievietošana lipīdu divkārtējos slāņos. Biofizikālais žurnāls, 71 (4), 1869–1876.
2. Dalla Serra, M., Coraiola, M., Viero, G., Comai, M., Potrich, C., Ferreras, M.,… & Prévost, G. (2005). Staphylococcus aureus divkomponentu γ-hemolizīni HlgA, HlgB un HlgC var veidot jauktas poras, kas satur visus komponentus. Ķīmiskās informācijas un modelēšanas žurnāls, 45 (6), 1539-1545.
3. Gow, JA, & Robinson, J. (1969). Attīrīta stafilokoku β-hemolizīna īpašības. Journal of bakteriology, 97 (3), 1026-1032.
4. Ike, Y., Hashimoto, H., & Clewell, DB (1984). Streptococcus faecalis pasugas zymogenes hemolizīns veicina peļu virulenci. Infekcija un imunitāte, 45 (2), 528–530.
5. Remingtons, JS, Kleins, JO, Vilsons, CB, Nizet, V., un Maldonado, YA (Red.). (1976). Augļa un jaundzimušā infekcijas slimības (4. sēj.). Filadelfija: Saunders.
6. Tods, EW (1932). Antigēns streptokoku hemolizīns. Eksperimentālās medicīnas žurnāls, 55 (2), 267–280.