AB5毒素

AB _{5毒素は、}コレラ、赤痢、溶血性尿毒症症候群などのヒト疾患を引き起こすことが知られている特定の病原細菌によって分泌される6 成分のタンパク質複合体です。1 つの成分は A サブユニットとして知られ、残りの 5 つの成分は B サブユニットです。これらの毒素はすべて、標的の宿主細胞に侵入するための同様の構造とメカニズムを共有しています。B サブユニットは受容体に結合して、A サブユニットが細胞に侵入するための経路を開きます。その後、A サブユニットは触媒機構を使用して宿主細胞の通常の機能を引き継ぐことができます。 ^{[1] [2]}

AB5毒素には4つの主要なファミリーがあります。これらのファミリーは、A（触媒）サブユニットの配列と触媒活性によって特徴付けられます。^[4]

このファミリーは Ct または Ctx としても知られ、 LT として知られる不安定熱性エンテロトキシンも含まれます。^{[5]コレラ毒素の発見者は、多くの人に}Sambhu Nath De博士であるとされています。彼はカルカッタ (現在のコルカタ)で研究を行い、 1959 年に毒素を発見しましたが、1883 年にロベルト コッホによって初めて精製されました。コレラ毒素は、コレラ菌によって分泌されるタンパク質複合体で構成されています。^[6]この毒素の症状には、慢性で広範囲にわたる水様性下痢や脱水症などがあり、場合によっては死に至ります。

この科はPtxとしても知られ、百日咳の原因となる毒素を含んでいます。百日咳毒素はグラム陰性細菌である百日咳菌によって分泌されます。百日咳は非常に伝染力が強く、米国ではワクチン接種にもかかわらず症例が徐々に増加しています。^[7]症状には、百日咳を伴う発作性の咳、さらには嘔吐が含まれます。 [ ^8]百日咳菌は、 1900年にフランスのジュール・ボルデとオクターブ・ジャンゴによって初めて百日咳の原因として特定され、単離されました。 ^[9]この毒素はコレラ毒素とメカニズムを共有しています。^[5]

サルモネラ・エンテリカのArtAB毒素は、2つの異なるファミリーに見られるものと類似した成分を持っています。ArtA（Q404H4）サブユニットは百日咳毒素Aと相同性があり、ArtB（Q404H3）サブユニットはsubBおよび他のサルモネラ菌株に見られるタンパク質と相同性があります。Aによる分類ルールでは、これはPtxファミリーの毒素です。^{[10] [4]}

志賀毒素はStxとしても知られ、桿菌状の赤痢菌と大腸菌（STEC）によって生成される毒素です。これらの細菌に汚染された食品や飲料が感染源となり、この毒素が広がる原因となります。^[11]症状には腹痛や水様性下痢などがあります。生命を脅かす重篤な症例では出血性大腸炎（HC）を特徴とします。^{[12]志賀毒素は1898年に}志賀潔博士によって発見されました。

^{このファミリーはSubAB [4]}としても知られ、1990年代に発見されました。^{[13]これは、}腸管上皮細胞消失遺伝子座（LEE）を持たないSTEC株によって産生され、^[14]溶血性尿毒症症候群（HUS）を引き起こすことが知られています。 Aサブユニット配列が炭疽菌のサブチラーゼ様セリンプロテアーゼの配列に類似しているため、サブチラーゼ細胞毒素と呼ばれています。 この毒素によって引き起こされる症状には、血液中の血小板数の減少または血小板減少症、白血球数の増加または白血球増多症、および腎細胞障害などがあります。^[15]

サブチラーゼ細胞毒素Aサブユニット（subA、Q6EZC2 ）は、結合免疫グロブリンタンパク質（BiP）を切断し、小胞体ストレスと細胞死を引き起こすことが知られているプロテアーゼです。Bサブユニット（subB、Q6EZC3 ）は、細胞上のN-グリコリルノイラミン酸（Neu5Gc）グリカンに高い親和性で結合します。 ^[16] subBだけで、ベロ細胞の空胞化を引き起こすのに十分です。^[17] Neu5GCはヒトによって生成されるのではなく、赤身の肉や乳製品などの食品源からヒトの腸壁に摂取されます。これらはSTEC感染の頻繁な原因でもあります。^[18]

完全な AB5 毒素複合体には、6 つのタンパク質ユニットが含まれています。5 つのユニットは構造が類似または同一であり、B サブユニットを構成します。最後のタンパク質ユニットは独特であり、A サブユニットとして知られています。

AB5毒素のAサブユニットは、特定の標的の触媒作用を担う部分です。志賀毒素ファミリーの場合、Aサブユニットにはトリプシン感受性領域があり、切断されると2つの断片化されたドメインになります。この領域は、他のAB5毒素ファミリーではまだ確認されていません。^[2]一般的に、Aサブユニットの2つのドメインはA1とA2と呼ばれ、ジスルフィド結合で結合しています。ドメインA1（コレラ毒素または熱不安定性エンテロトキシンでは約22kDa）は、毒素の毒性作用を担う部分です。ドメインA2（コレラ毒素または熱不安定性エンテロトキシンでは約5kDa）は、Bサブユニットの中央の細孔を介してBサブユニットに非共有結合します。 ^[5]コレラ毒素のA1鎖は、ADPリボシル化因子（ARF）を利用して、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（NAD）からアルギニンまたは他のグアニジン化合物へのADPリボースの転移を触媒する。アルギニンまたは単純なグアニジノ化合物が存在しない場合、毒素媒介NAD +ヌクレオシダーゼ（NADase）活性は水を求核剤として使用して進行する。^[19]

Bサブユニットは5員環または五量体環を形成し、Aサブユニットの一端がそこに入り込んで保持される。このBサブユニット環は、宿主細胞の表面にある受容体（通常は糖タンパク質または糖脂質）に結合することもできる^{[5] 。 [20]} Bサブユニットがなければ、Aサブユニットは細胞に付着したり細胞内に侵入したりすることができず、毒性を発揮することができない。コレラ毒素、志賀毒素、およびSubAB毒素はすべて、5つの同一のタンパク質成分からなるBサブユニットを持っている。つまり、それらのBサブユニットはホモ五量体である。百日咳毒素は異なり、その五量体環は4つの異なるタンパク質成分から構成され、成分の1つが繰り返されてヘテロ五量体を形成している。^[5]

コレラ毒素、百日咳毒素、志賀毒素はいずれも細胞質を標的としている。毒素のBサブユニットが細胞表面の受容体に結合した後、毒素は細胞に包まれ、クラスリン依存性エンドサイトーシスまたはクラスリン非依存性エンドサイトーシスによって細胞内に輸送される。^[21]

コレラ毒素の場合、コレラ毒素の主な糖脂質受容体はガングリオシド GM1です。^[20]ゴルジ体へのエンドサイトーシス後、毒素は小胞体にリダイレクトされます。^[5] Aサブユニットがターゲットに到達するには、A1ドメインとA2ドメイン間のジスルフィド結合を切断する必要があります。この切断は、小胞体にあるタンパク質ジスルフィドイソメラーゼ^{[22]によって触媒されます。分離後、A1ドメインは折り畳まれず、細胞質に戻され、そこで再び折り畳まれて[5]}、特定のGタンパク質αサブユニットのADPリボシル化を触媒します。その際、アデニル酸シクラーゼが活性化され、Gタンパク質シグナル伝達経路の下流効果が破壊されます^[4]。^{[20]これにより細胞内の}cAMP濃度が上昇し、イオン輸送機構の調節が乱れる。^[5]

百日咳毒素は特異的な受容体を持たず、シアリル化された 糖タンパク質に結合する。^[13]エンドサイトーシス後の百日咳毒素のメカニズムはコレラ毒素と同じである。

志賀毒素の主な受容体はグロボトリアオシルセラミドまたはGb3です。^[23]志賀毒素はゴルジ体にも運ばれ、その後小胞体に送られてPDIによってジスルフィド結合が切断されます。志賀毒素のAサブユニットはその後細胞質に戻され、RNA N-グリコシダーゼ活性^{[4]によって真核生物のタンパク質合成を阻害し、} 28SリボソームRNA上の特定のアデニン塩基を切断して^[5] 、最終的に細胞死を引き起こします。

SubABの標的は細胞の小胞体にあり、クラスリンを介したエンドサイトーシスによって細胞内に取り込まれる。^[20] SubABのグリカン受容体は通常、α2-3結合N-グリコリルノイラミン酸（Neu5Gc）で終わる。^[13] SubABにはAサブユニットがあり、セリンプロテアーゼとして機能し、小胞体シャペロンであるBip/GRP78を切断する。[ 4 ]この^{シャペロン}の切断は、タンパク質阻害を介して細胞ストレスを引き起こし、^[14]結果として細胞死を引き起こす。^[5]

AB5毒素のBサブユニットは、ある種の腫瘍が持つと思われるグリカンへの結合親和性があり、標的になりやすい。一例を挙げると、 StxBは結腸、膵臓、乳房などの癌細胞の表面に発現するCD77 （Gb3）と特異的に結合する。StxBが癌細胞を標的にすると、毒素のAサブユニットを送達し、最終的に癌細胞を死滅させる。^[5]

さらに別の方法としては、マウスでテストされ相乗効果を示したERストレス誘発薬を使用する方法があります。これは、上皮成長因子（EGF）とSubABのAサブユニットの融合によって実現されます。EGFの受容体を発現する癌細胞は、SubABの毒性を経験することになります。^[24]

AB5毒素のもう一つの用途は、LTファミリーのメンバーをアジュバントとして使用することである。これにより、毒素はIgG2a、 IgA、Th17などの免疫応答を促進し、例えばワクチンを投与したときに胃のヘリコバクターピロリ感染症と戦うことができる。^{[25] [26]}

これらのAB5毒素の一部は細菌感染を防ぐワクチンの製造に使用されているほか、ウイルス感染を防ぐための結合体として機能するかどうかも研究されている。例えば、全身免疫とウイルス・コレラ毒素結合ワクチンの鼻腔内投与を併用すると、ウイルス特異的抗体反応が誘発され、センダイウイルスから上気道をある程度保護することが示された。^[27]

ベッセルビーム平面照明顕微鏡やFRETベースのセンサー分子の使用など、バイオテクノロジーの実験方法の新たな進歩により、ギャップジャンクションプラークの動的構造をよりよく示すことができるようになりました。これらの実験では、さまざまな種類のAB5毒素を使用して、大腸菌細胞でtCDRの急速な形成を誘導できます。その後、 FRETベースのセンサー構造を使用して、ギャップジャンクション結合細胞でのcAMP濃度の変動を使用して応答を記録できます。研究によると、CDRはギャップジャンクションプラーク内のコネキシンチャネルでの脂質とタンパク質の急速な再配置に関連している可能性があります。これは、細菌感染にさらされたときに細胞内のK +が失われることに続くシグナル伝達カスケードを理解するのにさらに役立ちます。^{[28] [29]}

SubAB毒素は結合タンパク質BiPに対する特異性を示すことが確認されている。この特性は、ストレスを受けたHeLa細胞における小胞体関連分解とともに、細胞BiP自体の役割を研究するために利用されてきた。^[5]

• AB5 毒素生化学
• コレラ毒素
• 百日咳毒素
• 志賀毒素
• サブチラーゼ

• 細菌AB5毒素
• Held, Paul. 「蛍光共鳴エネルギー移動 (FRET) 技術の概要とバイオサイエンスにおけるその応用」。BioTek Instruments, Inc.