Shiga toxine de Escherichia coli

Shigella dysenteriae tip 1 provoacă dizenterie bacilară și produce toxina clasică Shiga (Stx). Unele E. coli patogene care produc boli la oameni sau animale produc toxine (denumite în prezent Stx1 și Stx2) care sunt strâns legate de Stx. Aceste toxine Shiga de E. coli au fost numite anterior toxine asemănătoare Shiga (SLT) sau toxine Vero (VT). E. coli care provoacă colită hemoragică și sindrom hemolitic uremic la om (enterohemoragic E. coli) produc de obicei cantități moderate până la mari de Stx1, Stx2 sau ambele, iar E. coli care provoacă boala edemului la porci produc o variantă de Stx2 numită Stx2e.

Clasificarea toxinelor Shiga se bazează pe antigenicitatea lor, secvențele de aminoacizi și proprietățile biochimice. Stx1 și Stx sunt indistinguizabile antigenic și diferă printr-o singură substituție conservatoare de aminoacizi. Stx2 și Stx2e nu reacționează antigenic cu Stx/Stx1, dar prezintă o reactivitate antigenică parțială între ele. Secvențele de aminoacizi ale Stx2 și Stx2e sunt mai omoloage între ele decât cu Stx/Stx1. Au fost caracterizate variante suplimentare de stx2 desemnate Stx2c și Stx2d. Activitatea biologică a Stx2d, dar nu cea a Stx2, Stx2c și Stx2e, este activată prin incubarea toxinei în prezența mucusului intestinal uman.

operonii care codifică Stx1 și Stx2 sunt localizați pe diferiți fagi din EHEC, iar tulpinile individuale EHEC pot produce numai Stx1, una sau mai multe variante de Stx2, sau ambele Stx1 și Stx2. Operonii pentru Stx în S. dysenteriae tip 1 și pentru Stx2e în E. coli sunt localizate pe cromozomul bacterian. Sinteza Stx de către S. dysenteriae tip 1 și Stx1 de E. coli este inhibată de concentrații mari de fier în mediul de creștere, iar această represiune dependentă de fier este mediată de blană. În schimb, sinteza Stx2 și Stx2e de E. coli nu este reglementată de fier.

prototipul de conversie a fagilor pentru Stx1, desemnat H19A și H19B, a fost izolat din tulpina EHEC H19 (O26:H11), care a fost obținută dintr-un focar de diaree infantilă în Marea Britanie. Din punct de vedere morfologic, acești fagi au o coadă noncontractilă, flexibilă, lungă și un cap hexagonal. Hibridizarea ADN-ului a arătat că fagul H19B este parțial omolog cu coliphage lambda. În fagul H19B genele care codifică Stx1 sunt situate departe de locul de atașare a fagului. Prototipul de conversie a fagului pentru Stx2, desemnat 933W, a fost izolat de tulpina EHEC 933 (O157:H7), care produce atât Stx1, cât și Stx2. Fagul 933W este morfologic distinct de fagii H19 și are o coadă foarte scurtă, necontractilă. Un fag de conversie pentru stx1 desemnat 933J, raportat inițial din tulpina EHEC 933, nu se distinge de fagul H19A, iar încercările ulterioare de recuperare a fagilor din tulpina 933 în două laboratoare au dat doar faguri asemănători 933W. Experimentele de hibridizare au demonstrat că tulpina EHEC 933 conține secvențe care sunt omoloage cu ADN-ul din fagul H19A, crescând posibilitatea ca o tulpină EHEC 933 să conțină un fag de conversie defect pentru Stx1 legat de fagul H19A.

Stx și toxinele Shiga ale E. coli sunt toate proteine oligomerice cu o polipeptidă A și cinci polipeptide B identice. Expunerea toxinei la tripsină și reducerea unei legături disulfidice intrachain transformă polipeptida A în fragmente A1 și A2. Polipeptidele B se leagă de receptorii glicosfingolipidici specifici din membranele plasmatice ale celulelor sensibile. Receptorul preferat pentru Stx, Stx1 și Stx2 este globotriaosilceramida (Gb3), în timp ce receptorul preferat pentru Stx2e este globotetraosilceramida (Gb4). Legarea toxinei de aceste glicolipide specifice declanșează endocitoza mediată de receptor, absorbția prin gropi acoperite și transportul retrograd al toxinei către Golgi și reticulul endoplasmatic. Fragmentul A1 este translocat în citosol, probabil din reticulul endoplasmatic, printr-un mecanism care nu depinde de acidificarea endozomilor. Ultimul pas în intoxicație este inhibarea sintezei proteinelor, care este cauzată de îndepărtarea unui reziduu specific de adenină din ARNr 28S în subunitățile ribozomale 60S prin activitatea ARN n-glicozidază foarte specifică a fragmentului A001. Acțiunea intracelulară a fragmentului A1 al STX și a toxinelor E. coli Shiga este identică cu cea a ricinei, iar siturile active ale acestor toxine au structuri omoloage. Cristalografia cu raze X a demonstrat, de asemenea, o pliere tridimensională conservată între polipeptidele B ale Stx/Stx1 și enterotoxina labilă la căldură A E. coli în ciuda lipsei omologiei secvenței de aminoacizi.

rolul toxinei Shiga în patogeneza dizenteriei este neclar. S. dysenteriae tip 1 și alte specii de Shigella provoacă dizenterie bacilară, caracterizată prin diaree sângeroasă, mucoidă și inflamație a colonului, deși dizenteria cauzată de S. dysenteriae tip 1 la oameni sau maimuțe este de obicei mai severă decât cea cauzată de mutanții S. dysenteriae tip 1 sau alte shigellae care produc puțin sau deloc toxină Shiga. Aceste constatări sugerează că toxina Shiga nu este esențială pentru patogeneza dizenteriei, ci contribuie la severitatea bolii.dovezile epidemiologice identifică în mod clar EHEC ca o cauză a colitei hemoragice, dar rolurile Stx1 și Stx2 în patogeneza acestei boli nu sunt clar definite. În mod similar, sindromul hemolitic uremic este în mod clar o sechelă a infecțiilor cauzate de E. coli care produc niveluri ridicate de Stx1, Stx2 sau ambele, dar un model animal care reproduce cu precizie patologia observată la om cu sindrom hemolitic uremic nu este încă disponibil. Un consens emergent din numeroase studii privind dizenteria bacilară, colita hemoragică și sindromul hemolitic uremic este totuși că deteriorarea celulelor endoteliale ale vasculaturii din colon și din rinichi cauzată de Stx sau toxine legate de E. coli este un aspect important al patogenezei acestor boli. În cazul bolii edemului, injectarea Stx2e purificată la porci imită boala naturală. Datele sunt convingătoare, prin urmare, că Stx2e are un rol direct și dominant în patogeneza bolii edemului.