RTX毒素

RTX毒素スーパーファミリーは、細菌によって産生される細胞溶解素と細胞毒素のグループです。^[1]さまざまな機能を持つメンバーが1000以上知られています。^{[2] RTXファミリーは、毒素}タンパク質配列の特徴的な繰り返しと、I型分泌システム（T1SS）による細胞外分泌という2つの共通の特徴によって定義されます。RTX（毒素内の繰り返し）という名前は、毒素タンパク質のC末端にあるグリシンとアスパラギン酸に富む繰り返しを指し、 rtxオペロン内にコードされている専用のT1SSによる輸出を促進します。^{[3] [4]}

RTXタンパク質は40kDaから600kDaを超えるサイズに及び、すべてC末端に位置する9アミノ酸のグリシンおよびアスパラギン酸に富む反復配列を含む。反復には共通配列構造[GGXGXDX[L/I/V/W/Y/F]X]（ここで、Xは任意のアミノ酸を表す）が含まれるが、反復数はRTXタンパク質ファミリーのメンバー内で異なる。^{[5]これらのコンセンサス領域はCa 2+}結合 部位として機能し、 ATP媒介1型分泌システム（T1SS）を介して輸出された後のRTXタンパク質の折り畳みを促進する。T1SSタンパク質のほとんどはrtxオペロン内にコードされている。T1SSタンパク質は細菌細胞の内膜（IM）と外膜（OM）の両方にまたがる連続チャネルを形成し、RTX毒素がペリプラズム空間（IMとOMの間）に曝露するのを防ぐ。タイプ 1 分泌システムの構成要素には、ABC トランスポーター(TC# 3.A.1)、膜融合タンパク質 (MFP; TC# 8.A.1)、外膜タンパク質 (OMF; TC# 1.B.17) が含まれます。OMF は細胞内で複数の機能を持つ可能性があるため、多くの場合、rtx オペロンの外側にコードされています。大腸菌、パスツレラヘモリチカ、 コレラ菌では、TolC が T1SS RTX 毒素輸出の OMP として機能します。いずれの場合も、tolC遺伝子はrtxオペロンの外側にあり、保存された多機能タンパク質をコードしています。輸送中、T1SS は RTX 毒素の C 末端反復を認識し、C 末端が最初にチャネルを介して転送されます。^[3]

一般的なrtx遺伝子クラスターは、R​​TX 毒素、RTX 活性化アシルトランスフェラーゼ、および T1SS タンパク質の 3 種類のタンパク質をコードします。毒素は、シスエンコードされた RTX 毒素活性化因子による翻訳後修飾を受けるまで不活性であり、これは通常、標的細胞内で発生します。RTX 活性化アシルトランスフェラーゼは、RTX 毒素内の内部にあるリジン残基へのアシル結合脂肪酸の付加を触媒します。この修飾はすべての RTX 毒素に必要ですが、RTX 毒性におけるその正確な機能はわかっていません。RTX 毒素ファミリーのメンバーは、広範囲の機能を示し、通常は複数の機能ドメインがあります。^[3] RTX 細胞毒素で唯一知られている共通機能は孔形成であり、孔は通常、陽イオン選択性であり、標的細胞へのCa ²⁺ の流入を可能にします。 ^[6]

RTX スーパーファミリーのメンバー (RTX (TC# 1.C.11)、HrpZ (TC# 1.C.56)、CCT (TC# 1.C.57)) には、オートトランスポーター (例: 1.B.12.10.1、1.B.40.1.2) や TolA (2.C.1.2.1) にも見られる繰り返し配列が含まれています。これらのドメインは、おそらくタンパク質間相互作用を媒介します。

トランスポーター分類データベースは、バイオインフォマティクスと系統解析に基づいて、RTX毒素スーパーファミリーを3つの異なる相同体ファミリーに分類しています。^{[7] [8]}

• 1.C.11 - 孔形成RTX毒素（RTX毒素）ファミリー
• 1.C.56 - Pseudomanas syringae HrpZ カチオンチャネル (HrpZ) ファミリー
• 1.C.57 -クロストリジウム細胞毒素（CCT）ファミリー

RTX毒素はもともと溶血素と白血球毒素に分けられていました。^[1]しかし、溶血素に白血球毒性があるという証拠が示され、RTX毒素のサブグループは2つのファミリーに再分類されました。孔形成性白血球毒素（RTX毒素ファミリー、1.C.11.1.1）とMARTX毒素（CCTファミリー、1.C.57.3.4）（多機能自動処理RTX毒素）です。MARTX毒素はRTX毒素よりもはるかに大きく、追加のABCトランスポーターを含む改変型1分泌システムによって輸出されます。^{[3] [9]}

RTX毒素ファミリー（TC# 1.C.11）（RTX毒素スーパーファミリーのサブファミリー）は、マルチドメイングラム陰性細菌の孔形成外毒素の大きなファミリーです。これらは細菌から分泌され、処理された後、動物細胞の膜に挿入されます。これらは細胞タイプと種の両方に特異的な効果を発揮します（たとえば、M. haemolyticaの白血球毒素は反芻動物の肺胞マクロファージ、好中球、リンパ球とのみ相互作用し、これらの細胞を殺したり無力化したりすることで細菌の増殖を促進すると考えられています）。^{[10]これらの毒素は、β} ₂インテグリンなどのタンパク質受容体を認識し、高濃度で孔を形成し、よく理解されていないメカニズムによって細胞破裂を引き起こします。 3 つの膜貫通ドメインが孔形成に関与していると考えられており、大腸菌HlyA タンパク質 (TC# 1.C.11.1.3) では残基 299-319、361-381、および 383-403 にあります。しかし、低濃度 (溶解度未満) では、白血球毒素 (TC# 1.C.11.1.1) は好中球の活性化、炎症性サイトカインの産生、脱顆粒、酸素由来フリーラジカルの生成、およびアポトーシスと一致する形態変化を引き起こします。

百日咳菌のアデニル酸シクラーゼ毒素 (ACT または CyaA; TC# 1.C.11.1.4) の C 末端ドメインは、小さな陽イオン選択チャネルを形成し、透過性バリアを破壊します。このチャネルは、おそらく N 末端アデニル酸シクラーゼを宿主細胞の細胞質に送達しません。ただし、孔形成ドメインの両親媒性 α ヘリックス (Glu509 および Glu516) の残基の変異は、アデニル酸シクラーゼの転座をブロックし、膜チャネルの陽イオン選択性も調整します。これは、転座と孔形成活動が、毒素分子の同じ構造要素を交互に相互に独立した方法で利用するためです。^[11] ACTは骨髄食細胞上のCD11b/CD18（補体受容体3）β2インテグリン受容体を使用するが^[12]、効率は低いものの、この受容体を欠く細胞にも浸透したり、リポソームに挿入されたりする。ホスファチジルエタノールアミンとコレステロールはACTの挿入を刺激する。ACTは脂質のフリップフロップも促進するため、ACTが膜に挿入されると二重膜を越える非ラメラ脂質構造を形成することが示唆される。^[13] CyaAは膜電位の方向とpHに応じて、2種類の異なる孔状構造を形成する可能性がある。^[14]

RTX毒素ファミリーのメンバーに対して提案されている一般的な輸送反応は以下の通りである: ^[8]

小さな分子（入力）→小さな分子（出力）。

RTX毒素は、さまざまなグラム陰性細菌によって産生されます。RTX毒素産生とrtx 遺伝子は、大腸菌、プロテウス菌、ボルデテラ菌など多くの細菌属で発見されています。パスツレラ科の細菌もRTX毒素を産生します。^[15]コレラ菌やビブリオ・バルニフィカスを含むビブリオ属は、別のクラスのRTXタンパク質であるMARTX毒素を産生します。^[3]

RTX 毒素は、病原性大腸菌の多くの株で発見されています。プロトタイプの RTX 毒素である α-溶血素 (HlyA; TC# 1.C.11.1.3) は、尿路感染症の主原因である尿路病原性大腸菌 (UPEC) の一般的な毒性因子です。hlyオペロンは、RTX 毒素 (HlyA)、HlyA 活性化タンパク質 HlyC (アシルトランスフェラーゼ; TC# 9.A.40.1.1)、およびT1SS機構の 2 つのタンパク質をコードします。Hyl T1SS には、ABC トランスポーター HlyB (TC# 3.A.1.109.1)、膜融合タンパク質 HlyD (TC# 8.A.1.3.1)、および外膜タンパク質 TolC (TC# 1.B.17.1.1) が含まれます。 hlyB遺伝子とhlyD遺伝子はhlyオペロン内に位置するが、TolCはhlyオペロンの外側にコードされる多機能タンパク質である。^[3]

腸管出血性 大腸菌(EHEC) も RTX 毒素を産生します。EHEC 溶血素 (EHEC-Hly) は、EHEC血清型O157:H7 で発見されました。EHEC-Hly オペロンには、EHEC-hlyA、EHEC-hlyC、EHEC-hlyB、および EHEC-hlyDの 4 つの大腸菌 hly ホモログが含まれています。志賀毒素(Stx) は腸管出血性大腸菌の主な毒性因子ですが、EHEC は EHEC 感染症で血管内皮を損傷する可能性のある他の毒性因子もいくつか産生します。EHEC-Hly は、ヒトに重篤な感染症を引き起こすことが知られている多数の EHEC 血清群で発現しています。EHEC-Hly は、in vitro でEHEC 分泌外膜小胞 (OMV) 内で輸送されます。この輸送モードはEHEC-Hlyの標的細胞への送達を助けることで毒性を高める。^[16]

ビブリオ菌のRTX毒素はRTX毒素研究の初期の発見であるが、MARTX毒素と呼ばれる別のクラスのRTX毒素に属することが最近になって発見された。コレラ菌では、 martx遺伝子は6つのタンパク質をコードしている： MARTX毒素（RtxA）、アシルトランスフェラーゼ（RtxC）、膜融合タンパク質（RtxD）、2つのABCトランスポーター（RtxBとRtxE）、および機能不明のタンパク質1つ。^[3] RtxAはコレラに関与する毒性因子であり、コレラ菌の小腸での定着を促進する。RtxAは、Gアクチンの修飾とRho GTPaseの破壊を通じて、宿主細胞のアクチン細胞骨格の破壊を引き起こす。この毒素には、アクチン架橋ドメイン (ACD)、Rho 不活性化ドメイン (RID)、システインプロテアーゼドメイン (CPD)、および αβ-ヒドロラーゼの 4 つの機能ドメインが含まれています。コレラ菌感染では、CPD が真核宿主細胞内のイノシトールヘキサキスリン酸 (InsP ₆、フィチン酸)に結合します。この結合により自己タンパク質分解性 CPD が活性化され、MARTX タンパク質が、それぞれエフェクタードメイン ACD、RID、および αβ-ヒドロラーゼのいずれか 1 つだけを含む小さな独立したタンパク質に切断されます。これにより、各エフェクターが宿主細胞内で独立して機能できるようになり、ACD と RID が細胞内の異なる場所で機能するため、RtxA の効果が高まります。ACD は宿主細胞の細胞質で単量体 G アクチンを架橋し、細胞骨格の主要成分であるアクチンマイクロフィラメントの形成を防ぎます。 RIDは細胞骨格形成の調節因子である膜結合型Rho-GTPaseを不活性化する。^[17]

アデニル酸シクラーゼ毒素（ACT または CyaA）は、百日咳菌の主な毒性因子です。CyaA は多機能 RTX ファミリー毒素で、骨髄食細胞を標的とし、自然免疫応答を阻害して百日咳菌の定着を促進します。cyaAオペロンは、5 つのタンパク質 CyaA（RTX 毒素）、CyaC（CyaA 活性化タンパク質）と 3 つの T1SS タンパク質、CyaB（ABC トランスポーター）、CyaD（膜融合タンパク質）、CyaE（外膜タンパク質）をコードします。CyaA タンパク質には、アデニル酸シクラーゼドメイン（AC ドメイン）と溶血/細胞溶解ドメインが含まれています。溶血機能は標的細胞に孔を形成し、細胞侵入性の AC ドメインは細胞膜を通過して細胞質に移行します。 CyaA は α _M β ₂インテグリンに結合し、細胞膜に挿入され、カルパインを活性化する Ca ²⁺イオンの流入のための一時的な経路を開きます。これにより、細胞膜内の CyaA 毒素がコレステロールが豊富な膜ミクロドメイン (脂質ラフト) に再配置され、AC ドメインが膜を越えて細胞質に移行します。AC ドメインが細胞質に取り込まれると、カルモジュリンとの結合によって活性化され、細胞質 ATP から cAMP への無秩序な変換を触媒し、細胞毒性レベルまで上昇します。^[6]