毒性ショック症候群毒素1
毒性ショック症候群毒素1
TSST-1の結晶構造
識別子
生物黄色ブドウ球菌
シンボルtst
PDB3TSS
RefSeq（タンパク質）WP_001035596.1
ユニプロットP06886
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構造スイスモデル
ドメインインタープロ

毒素性ショック症候群毒素-1（TSST-1）は、黄色ブドウ球菌分離株の5～25%によって産生される22 kDa [1]のスーパー抗原です。インターロイキン-1、インターロイキン-2、および腫瘍壊死因子の大量放出を刺激することで、毒素性ショック症候群（TSS）を引き起こします。通常、この毒素は血液中の細菌によって産生されるのではなく、感染部位で産生され、その後血流に入ります。

特徴

毒性ショック症候群毒素-1（TSST-1）は、感受性宿主の黄色ブドウ球菌菌株から分泌されるプロトタイプのスーパー抗原であり、炎症、発熱、ショックを引き起こすことで血管系に作用します。[2] TSST-1を産生する菌株は体のあらゆる部位で見られますが、感染した女性の膣内に最も多く生息しています。TSST-1は、毒性ショック症候群（TSS）を発症した患者で見られる細菌性外毒素で、月経中の女性や男性、子供に見られることがあります。[3] TSS症例の3分の1は男性で見つかっています。[4]この統計は、外科的創傷または皮膚の創傷による可能性があります。[4] TSST-1は、月経以外のTSS症例の半数の原因であり、月経中のTSS症例の唯一の原因です。[5]

構造

TSST-1のヌクレオチド配列には、708塩基対のオープンリーディングフレームと、開始部位から7塩基対下流にシャイン・ダルガルノ配列が存在する。 [6]ヌクレオチド配列全体のうち、シグナルペプチドはわずか40個のアミノ酸で構成されている。1つのシグナルペプチドは、1～3個の塩基性アミノ酸末端、15残基の疎水性領域、疎水性コア領域のプロリン（Pro）またはグリシン（Gly）、疎水性コアのカルボキシル末端付近のセリン（Ser）またはスレオニン（Thr）、そして切断部位のアラニン（Ala）またはグリシン（Gly）から構成される。[6]成熟したTSST-1タンパク質は、585塩基対のコード配列を持つ。[6]ヌクレオチド配列全体は、Blomster-Hautamaazg らおよび他の研究者らが他の実験により決定しました。[6]ホロ毒素 TSST-1 は単一のポリペプチド鎖から成り、立体構造で、アルファ (α) ドメインとベータ (β) ドメインから成ります。[1] この TSST-1 タンパク質の立体構造は、タンパク質の結晶を精製することによって決定されました。[1] 2 つのドメインは互いに隣接しており、固有の特性を持っています。2 つのドメインのうち大きい方のドメイン A は、TSST-1 の残基 1-17 と 90-194 を含み、残基 125-140 を 5 ストランドのベータ (β) シートが取り囲む長いアルファ (α) ヘリックスから成ります。[1] [5]ドメイン B は、TSST-1 の残基 18-89 を含み、5 つの β ストランドからなる (β) バレルから成り[1] 結晶構造解析により、ドメインBの内部βバレルには複数の疎水性アミノ酸と、ドメイン表面に親水性残基が含まれており、これによりTSST-1は上皮細胞の粘膜表面を通過できることが示されている。[1] TSST-1は複数の疎水性アミノ酸から構成されているにもかかわらず、水への溶解性が高い。[5] TSST-1は熱およびタンパク質分解に対して耐性があり、1時間以上煮沸しても変性や機能への直接的な影響は見られないことが示されている。[5]

生産

TSST-1は、ブドウ球菌病原性アイランド1の可動性遺伝要素の一部であるtst遺伝子によってコードされるタンパク質です。 [1]この毒素は、PTSAgsとしても知られる発熱性毒素スーパー抗原の間で類似している、指数関数的増殖後期に最大量が生成されます。[ 1] TSST-1を生成するには、動物性タンパク質の存在、低レベルのグルコース、および37〜40℃（99〜104°F）の温度に加えて、酸素が必要です。[7] TSST -1の生成は、pHが中性に近く、マグネシウムレベルが低いときに最適であり、 [8]高濃度の黄色ブドウ球菌によってさらに増幅され、感染の確立におけるその重要性を示しています。[1]

TSST-1は、その遺伝子配列が他のスーパー抗原配列と相同性を持たないという点で、他のPTSAgsと異なります。[1] TSST-1には、他のPTSAgsで重要な構造であるシステインループがありません。 [9] TSST-1は粘膜 を通過する能力においても他のPTSAgsと異なり、これが月経TSSの重要な要因です。[1] タンパク質が翻訳されると、プロタンパク質の形で、シグナル配列が切断された場合にのみ細胞から出ることができます。[1] agr （アクセサリ遺伝子調節因子）遺伝子座[ a]は、TSST-1を含む多くのS. aureus遺伝子の正の制御の重要な部位の1つです。 [9]さらに、遺伝子ssrBおよびsrrABの発現の変化は、TSST-1の転写に影響します。 [7]さらに、グルコースはカタボライトリプレッサーとして作用するため、高レベルのグルコースは転写を阻害します。[1]

突然変異

タンパク質のさまざまな変異の研究に基づくと、タンパク質のスーパー抗原性と致死性の部分は別々であると思われます。[1]特に、TSST-ovine または TSST-O という 1 つの変異体は、TSST-1 の生物学的に重要な領域を決定する上で重要でした。[12] TSST-O は TSS を引き起こさず、非分裂促進性であり、TSST-1 とは9 つのアミノ酸に相当する14ヌクレオチドの配列が異なります。 [12]これらのうち 2 つはシグナル配列の一部として切断されるため、観察される機能の違いには重要ではありません。[12]これら 2 つのタンパク質の違いを観察した研究から、残基 135 は致死性と分裂促進性の両方に重要であり、残基 132 と 136 の変異によってタンパク質は TSS を引き起こす能力を失いますが、スーパー抗原性の兆候はまだあることがわかりました。[13] TSST-Oの残基132のリジンがグルタミン酸に変化すると、変異体はスーパー抗原性をほとんど回復しないが、致死的になり、TSSを引き起こす能力は残基132のグルタミン酸に起因することを意味する。[12] [13]これらの変異による活性の喪失はタンパク質の構造の変化によるものではなく、これらの残基がT細胞受容体との相互作用に決定的に重要であると思われる。[13]

分離

TSST-1のサンプルは、細菌培養物から精製してin vitro試験環境で使用することができますが、 in vivo環境では病原性に寄与する因子が多数存在するため、理想的ではありません。[8]さらに、in vitroで細菌を培養すると、栄養素が豊富な環境が得られますが、in vivo環境では栄養素がより不足する傾向があります。[8] TSST-1は、 in vitroまたはミニ浸透圧ポンプを使用した動物モデルで使用するために、分取等電点電気泳動によって精製することができます。[14]

機構

TSST-1などのスーパー抗原は、VB 2を発現するヒトT細胞を刺激し、これはすべての宿主T細胞の5〜30％を占めると考えられる。PTSAgsは、Tリンパ球のCD4およびCD8サブセットの両方のVB特異的増殖を誘導する。TSST-1は、その既知の結晶形のほとんどでホモ二量体を形成する。[1] SAGは著しく保存された構造を示し、N末端ドメインとC末端ドメインに分かれている。変異解析により、TSST-1の推定TCR結合領域は背面溝にある部位にマッピングされた。TCRがこの部位を占有する場合、アミノ末端αヘリックスは、TCRとMHCクラスII分子の間に大きなくさび形を形成する。このくさび形は、TCRをMHCクラスII分子から物理的に分離する。SAGには、TCRおよびクラスII MHC結合ドメインとは別の新しいドメインが存在する可能性がある。このドメインはSEBの残基150から161で構成されており、他のすべてのSAGにも同様の領域が存在します。本研究では、この配列を含む合成ペプチドが、ブドウ球菌TSST-1および他のいくつかのSAGを用いてD-ガラクトサミン感作マウスにおいて、SAG誘発性致死を阻害することができました。[1] [15]種によって発現するMHCクラスIIアレルとTCR Vbetaエレメントの配列には大きな違いがあり、これらの違いはPTSAgsとMCHクラスIIおよびTCR分子との相互作用に重要な影響を及ぼします。

結合部位

TSST-1は、主にSAG N末端ドメインの低親和性（または汎用）結合部位を介してのみ、クラスII MHCのα鎖に結合します。これは、低親和性部位を介してクラスII MHCに結合し、高親和性部位を介してβ鎖に結合するDEAやSEEなどの他のスーパー抗原（SAG）とは対照的です。この高親和性部位は、SAG C末端ドメイン上の亜鉛依存性部位です。この部位が結合すると、結合溝の一部にまで広がり、結合したペプチドと接触し、α鎖とβ鎖の両方の領域に結合します。[15] TSST-1によるMHC結合は部分的にペプチド依存性です。SEAを用いた変異誘発研究では、最適なT細胞活性化には両方の結合部位が必要であることが示されている。TSST-1を含むこれらの研究は、TCR結合ドメインがこの毒素の背面上部にあることを示しているが、完全な相互作用はまだ明らかにされていない。 TSST-1のTCR結合部位は、中央αヘリックスの主要な溝、または短いアミノ末端αヘリックスにマッピングされているという兆候もあります。TSST-1のβクローモチーフ内の残基は、主にこのMHCクラスII分子のα鎖の不変領域と相互作用することが知られています。[1] TSST-1とわずかに接触する残基は、HLA-DR1β鎖、および鎖間溝に位置する抗原ペプチドにも同定されています。TSST-1のMHCクラスII分子に対する配置は、TSST-1、MHCクラスII、およびTCRからなる3成分複合体に立体的制約を課します。[1]

変異解析

変異体の初期研究では、中心αヘリックスの裏側にある残基がスーパー抗原活性に必要であることが明らかになりました。135番目のヒスチジンをアラニンに変化させたところ、TSST-1は致死性もスーパー抗原性も示さなくなりました。H135Aに近接する残基の変化も、これらの変異体の致死性とスーパー抗原性を低下させる効果がありました。しかし、これらの変異体のほとんどはTSST-1の抗原性を失っていませんでした。変異原性TSST-1毒素を用いた試験では、致死性とスーパー抗原性は分離可能であることが示されました。TSST-OのLys-132をGluに変化させたところ、生じた変異体は完全に致死性となりましたが、スーパー抗原性は示されませんでした。TSST-1 Gly16Valについても、致死性は示されましたが、スーパー抗原性は示されませんでした。同じ結果が、TSST-1 Gly16Valでも見られ、致死性は示されましたが、スーパー抗原性は示されませんでした。 TSST-1の推定TCR結合領域の背面溝の裏側に位置する残基Gly16、Glu132、およびGln 136は、TSST-1の2番目の機能的致死部位の一部でもあると提案されている。[1]

注記

  1. ^細菌のコロニー形成中に活性化すると、この遺伝子座は exp agrとも呼ばれ、他の遺伝子の発現がagrをダウンレギュレーションし、成長が定常期に入る前の、細菌の増殖の指数関数的段階（または対数段階）を指します。[10] [11]

参考文献

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