Adenylát cyklázový toxin bakterie Bordetella pertussis: mechanizmus úniku draselných iontů z makrofágů

Abstract

Adenylát cyklázový toxin-hemolyzin (ACT, CyaA) je klícovým faktorem virulence bakterie Bordetella pertussis, která zpusobuje onemocnení cerný kašel. CyaA se váže na fagocytické bunky s receptorem CD11b/CD18 na povrchu a vykazuje dve ruzné aktivity. Jedna je spojena s prekurzorem toxinu, který oligomerizuje a tvorí v membráne bunky malé kation selektivní póry. Druhá souvisí s prekurzorem, jenž pravdepodobne funguje jako monomer. Ten translokuje enzymatickou adenylát cyklázovou doménu do cytozolu bunky, pri cemž dochází též ke vstupu vánenatých iontu do bunky. Adenylát cyklázová doména váže po translokaci bunecný kalmodulin a katalyzuje rychlou premenu bunecného ATP na cAMP. V této práci jsme ukázali, že CyaA zpusobuje rovnež únik draselných iontu z CD11b+ bunek. Dále jsme ukázali, že k úniku draselných iontu je nutná vazba CyaA na receptor CD11b/CD18 a permeabilizace membrány póro-tvorným prekurzorem. Divoký typ toxinu zpusobuje únik draselných iontu se stejnou kinetikou jako enzymaticky inaktivní verze toxinu, jenž není schopna tvorit cAMP. Únik draselných iontu zpusobený CyaA tedy není ovlivnen zvýšenou hladinou cAMP ani cAMP signalizací zpusobenou tímto toxinem. Zkrácená verze toxinu (CyaA-AC), s odstranenou AC doménou, mela i pres svojí normální hemolytickou aktivitu na erytrocytech i na umelých...

The adenylate cyclase toxin-hemolysin (ACT or CyaA) is a key virulence factor of Bordetella pertussis, the agent of the human respiratory disease whooping cough. CyaA penetrates phagocytes expressing the CD11b/CD18 integrin and exhibits two different activities. One toxin conformer oligomerizes in cell membrane and permeabilizes it by forming small cation-selective pores. Another toxin conformer appears to act as monomer. It forms a calcium influx path in the membrane, concomitantly with translocating into cells the adenylate cyclase enzyme domain that binds calmodulin and catalyzes unregulated conversion of cytosolic ATP into cAMP. We show here that CyaA causes efflux of K+ from CD11b+ cells by a mechanism that requires binding of CyaA to integrin CD11b/CD18 and permeabilization of the cellular membrane by pore-forming conformer of CyaA. Intact CyaA and the enzymatically inactive CyaA-AC- toxoid unable to generate cAMP produced the same kinetics of K+ efflux showing that elevation or signaling of cAMP had no role in this activity. The truncated CyaA variant (CyaA-AC) devoid of its invasive AC domain failed to promote K+ efflux despite a normal pore forming activity on erythrocyte and artificial membranes. However, binding of the MAb 3D1, which recognizes the distal segment of the AC domain...