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II.4 Rho-aktivierende Toxine

CNF („Cytotoxic necrotizing factor“)

E. coli Bakterien sind physiologische Bewohner des Darmtraktes und können durch die

Aufnahme von Pathogenitätsfaktoren (LT, ST, Vero-Toxin) zu Krankheitserregern

verschiedener Art werden. Viele uropathogene E. coli Stämme und einige enteropathogene

Stämme von E. coli produzieren neben anderen Exotoxinen CNF (Boquet, 2001), das zum

ersten Mal 1983 beschrieben wurde (Caprioli, 1983). CNF bewirkt bei intradermaler Injektion

lokale nekrotische Läsionen bei Kaninchen, intraperitoneale Injektion ist lethal (De Rycke,

1990). In verschiedenen Zelltypen bewirkt CNF Aktin-Kabel-Bildung, Entstehung

vielkerniger Zellen und Zellabflachung (Fiorentini, 1988).

Zwei Typen von CNFs werden von E. coli produziert, CNF1 und CNF2, die sich durch

teilweise unterschiedliche Wirkungen unterscheiden (De Rycke, 1990), deren

Aminosäuresequenz aber zu 90% identisch ist (Oswald, 1994). CNF1 ist auf dem Chromosom

kodiert, während CNF2 auf einem Plasmid kodiert ist. Das 115 kDa schwere CNF ist ein

monomeres AB-Toxin mit C-terminaler enzymatischer Aktivität (Lemichez, 1997; Schmidt,

1998) und N-terminaler Rezeptorbindungsdomäne (Lemichez, 1997; Fabbri, 1999). Zentral

gelegen gibt es hydrophobe Domänen, die vermutlich für die Translokation des Toxins ins

Zytosol verantwortlich sind (Lemichez, 1997; Falbo, 1993).

Im aktiven Zentrum von CNF liegt eine katalytische Triade aus Cystein 866, Histidin 881 und

Valin 833, die an die katalytische Triade von Cystein-Proteasen erinnert. Für die Reaktion

essentiell sind Cystein 866 und Histidin 881 (Schmidt, 1998; Buetow, 2001). In der

Kristallstruktur zeigt sich, dass das Zentrum der katalytischen Domäne, das in einer tiefen

Einbuchtung liegt, von α-Helices und neun Schleifenregionen umgeben wird. Schleife 8 und

9 sind für die Substraterkennung- und bindung notwendig, Schleife 2 hingegen wirkt sich

negativ auf die Modifizierung der Substrate aus (Buetow, 2003).

Neben CNF1 und CNF2 wird von Yersinia pseudotuberculosis CNFy produziert, das 65%

Sequenzidentität zu CNF1 und CNF2 aufweist (Lockman, 2002).

In der Zielzelle wirkt CNF, indem es Rho, Rac und Cdc42 spezifisch modifiziert (Lerm,

1999b). Es deamidiert sein Substrat am Glutamin 63 und hemmt dessen GTPase-Aktivität

(Flatau, 1997; Schmidt, 1997). Außerdem besitzt CNF Transglutaminierungsaktivität, die

jedoch geringer ist als die Deamidierungsaktivität (Schmidt, 1998).

Für die Substraterkennung durch CNF1 ist ein Peptid aus der Switch II-Region von RhoA,

das die Aminosäuren 59 bis 78 beinhaltet, ausreichend (Lerm, 1999a). Das kleinste Peptid,

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