HEMOLISINA: CARACTERISTICI, TIPURI, MECANISME DE ACȚIUNE - BIOLOGIE - 2025

Hemolizinei este o mica proteina care cauza pori în celula de eritrocite și alte câteva celule sanguine proprii ale membranei mamifere. În general este sintetizat și excretat de bacteriile patogene.

Această proteină este una dintre cele mai frecvente toxine microbiene și cea mai bine studiată. Uneori poate provoca anemie hemolitică, deoarece numărul de canale prin care iese interiorul celulei poate provoca chiar liza celulară.

Structura moleculară a unei hemolysin (Sursa: Jawahar Swaminathan și personalul MSD la Institutul European de Bioinformatică prin Wikimedia Commons)

În general, hemolizina este o toxină tipică a speciilor Streptococcus din tractul intestinal. Funcția sa permite bacteriilor să rupă bariera epitelială a tractului intestinal și astfel să se deplaseze prin fluxul sanguin pentru a coloniza alte țesuturi.

Cea mai comună formă pe care hemolizina o găsește în natură este în forma sa α-hemolizină. Această proteină este unul dintre cei mai importanți factori de virulență ai majorității tulpinilor de Escherichia coli și a unor clostridii.

Majoritatea infecțiilor tractului urinar sunt cauzate de tulpinile de Escherichia coli care produc α-hemolizină cu caracteristici hemolitice.

Producția de hemolizină și bacteriocină în tulpinile bacteriene a fost legată de un mecanism de concurență față de celelalte specii, iar producția ambelor toxine pare să depindă de aceiași determinanți genetici din genomul bacteriilor.

caracteristici

Hemolisina este formată din șapte subunități și gena care o codifică are șapte promotori. Aceste șapte subunități se introduc în membrana plasmatică a celulelor țintă și, atunci când se reunesc, formează un canal ionic prin care metaboliții din interiorul celulei ies.

Hemolizina este o citotoxină dependentă de calciu (Ca + 2) extracelular care acționează asupra membranei plasmatice a celulelor din fluxul sanguin. Porii pe care îi creează în membrană sunt de asemenea hidrofili și provoacă apă în interiorul celulei, ceea ce poate duce la liză.

Hemolizinele sunt produse proteice tipice ale bacteriilor gram-negative și toate au două caracteristici:

1- Prezența unei peptide foarte mici (nonapeptidă) formată din repetări ale aminoacizilor glicină și acid aspartic. Nonapeptidele hemolizinei sunt situate în apropierea porțiunii C-terminale a structurii primare a proteinei.

2- Toate hemolizinele sunt secretate de bacterii în mediul extracelular printr-un transportor de tip ABC (ATP-Binding Cassette).

Producția de hemolizină este de obicei detectată la tulpinile bacteriene prin creșterea mediului de agar din sânge. În test, se observă un halogen hemolitic, produs al descompunerii globulelor roșii din apropierea coloniilor bacteriene.

Tipuri

Există mai multe tipuri diferite de hemolizine, acestea sunt clasificate cu o literă greacă la începutul numelui lor. Cele mai studiate și comune sunt hemolizinele α, β și γ, toate produse de tulpina Staphylococcus aureus.

Tipurile de hemolizină sunt clasificate în funcție de gama de celule pe care o atacă și în funcție de structura lor primară a proteinei.

α-hemolizinei

Această proteină este tipică tulpinilor de Staphylococcus aureus și Escherichia coli; atacă neutrofile, globule roșii, limfocite, macrofage, fibroblaste adulte și embrionare. Acesta interacționează cu capetele polare ale lipidelor membranei plasmatice a acestor celule pentru a internaliza o coadă hidrofobă de aproximativ 5 Ӑ în interiorul membranei.

β-hemolizină

Produs de Staphylococcus aureus într-o măsură mai mică decât α-hemolysin, β-hemolysin atacă în principal celulele roșii din sânge și intră în membrană exclusiv prin domeniile bogate în sfingomielină ale membranei celulare.

γ-hemolizinei

A fost văzut și în Staphylococcus aureus. A fost clasificată drept proteină hemolitică și leucotoxină în același timp, deoarece afectează celulele polimorfonucleare ale omului, monocitele, macrofagele și, mai rar, chiar și celulele roșii din sânge.

Acest tip de y-hemolizină este unul dintre cele mai puțin caracterizate, prin urmare, o mare parte din mecanismul său de acțiune nu este cunoscut și nu a fost investigat in vivo.

Mecanisme de acțiune

Mecanismul de acțiune care a fost relativ clar elucidat este cel al α-hemolizinei. Cu toate acestea, întrucât sunt toate proteine ​​hemolitice, se consideră că majoritatea proceselor sunt comune tuturor hemolizinelor.

Oamenii de știință sugerează că, pentru ca bacteriile să secrete hemolizină în mediu, acestea trebuie să se afle într-un micro-mediu sărac în nutrienți, prin urmare, acesta ar fi un mecanism care declanșează celula să distrugă celulele țintă și să-și obțină nutrienții.

Mecanismul a fost descris în trei etape: legarea membranei celulare, inserția și oligomerizarea.

Legătură de membrană

S-a descoperit că hemolizinele se pot lega la integrinele neutrofile și în eritrocite s-a dovedit că aceste proteine ​​se leagă de componente glicozilate, cum ar fi glicoproteine, ganglioside și glicophorine ale membranei celulare.

Unii autori sugerează că prezența receptorilor în membrană nu este esențială pentru legarea hemolizinei. În orice caz, mecanismul de reîncărcare celulară al proteinei nu este încă cunoscut cu precizie.

Pore ​​transmembran format din proteina de hemolizină Staphylococcus (Sursa: Autori de depunere: Song, L., Hobaugh, M., Shustak, C., Cheley, S., Bayley, H., Gouaux, JE; autor vizualizare: Utilizator: Astrojan prin Wikimedia Commons)

Interacțiunea cu membrana are loc în două etape:

- Legare inițială (reversibilă): când hemolizina se leagă de domeniile de legare a calciului membranei. Această etapă are loc la suprafață și este foarte susceptibilă la descărcări electrostatice.

- joncțiune ireversibilă: unește domeniile aminoacizilor cu componentele lipidice ale stratului exterior al membranei plasmatice a celulelor țintă, pentru a forma legături fizice între compușii hidrofobi ai membranei.

Introducerea toxinei în membrană

Α-Hemolysin introduce reziduurile 177 și 411 în primul monostrat lipidic. În mediul extracelular, hemolizina este asociată cu ioni de calciu, care induc un aranjament structural în acesta și contribuie la activarea acesteia.

Această inserție consolidează atașamentul ireversibil la membrana celulară. Odată ce aranjamentul a avut loc, hemolizina este transformată într-o proteină integrală, deoarece, experimental, s-a demonstrat că singura modalitate de extragere a acesteia din membrană este prin utilizarea de detergenți cum ar fi Triton X-100.

oligomerizarea

Când toată hemolizina a fost introdusă în membrana plasmatică a celulelor țintă, are loc oligomerizarea celor 7 subunități care o compun, care se încheie în formarea unui poru proteic, foarte dinamic, dar dependent de compoziția lipidică a membranei.

S-a observat că procesul de oligomerizare este favorizat de microdomane sau plute lipidice ale membranei celulare. Este posibil ca aceste regiuni să nu favorizeze legarea proteinei, dar favorizează oligomerizarea aceleiași odată introduse.

Cu cât hemolizinele se leagă de membrană, cu atât se vor forma mai mulți pori. Mai mult, hemolizinele se pot oligomeriza reciproc (cele adiacente) și pot forma canale mult mai mari.

Referințe

1. Bakás, L., Ostolaza, H., Vaz, WL, & Goñi, FM (1996). Adsorbția reversibilă și inserția ireversibilă a alfa-hemolizinei Escherichia coli în straturile lipidice. Jurnal biofizic, 71 (4), 1869-1876.
2. Dalla Serra, M., Coraiola, M., Viero, G., Comai, M., Potrich, C., Ferreras, M., … și Prévost, G. (2005). Biomponenta γ-hemolizine Staphylococcus aureus, HlgA, HlgB și HlgC, pot forma pori mixți care conțin toate componentele. Jurnal de informare și modelare chimică, 45 (6), 1539-1545.
3. Gow, JA, și Robinson, J. (1969). Proprietățile β-hemolizinei stafilococice purificate. Journal of bacteriology, 97 (3), 1026-1032.
4. Ike, Y., Hashimoto, H., & Clewell, DB (1984). Hemolizina subspeciei zymogenes de Streptococcus faecalis contribuie la virulența la șoareci. Infecție și imunitate, 45 (2), 528-530.
5. Remington, JS, Klein, JO, Wilson, CB, Nizet, V. și Maldonado, YA (Eds.). (1976). Boli infecțioase ale fătului și nou-născutului (vol. 4). Philadelphia: Saunders.
6. Todd, EW (1932). Hemolizină streptococică antigenică. Journal of experimental medicine, 55 (2), 267-280.