Choleratoxin

Choleratoxin, Untereinheit A

Vorhandene Strukturdaten: s. UniProt

Masse/Länge Primärstruktur242 = 194+46 Aminosäuren
Sekundär- bis Quartärstrukturα1+α2
Bezeichner
Gen-Name(n)ctxA (KEGG)
Externe IDs
Enzymklassifikation
EC, Kategorie2.4.2.36Transferase
ReaktionsartÜbertragung eines ADP-Ribosylrests
SubstratNAD+ + Peptid-Diphtamid
ProdukteNicotinamid + Peptid-N-ADP-Ribosyldiphtamid
Vorkommen
Homologie-FamilieHovergen

Choleratoxin, Untereinheit B

Vorhandene Strukturdaten: s. UniProt

Masse/Länge Primärstruktur103 Aminosäuren
Bezeichner
Gen-Name(n)ctxB (KEGG)
Externe IDs
Vorkommen
Homologie-FamilieHovergen

Das Choleratoxin-B-Pentamer (CTB), Blick von oben auf die Achse
Das Choleratoxin-B-Pentamer (CTB), Blick von oben auf die Achse
Das Choleratoxin-Hexamer AB5 von der Seite, das Pentamer CTB und die beiden Teile CTA1 und CTA2 der Untereinheit A separat ausgewiesen
Das Choleratoxin-Hexamer AB5 von der Seite, das Pentamer CTB und die beiden Teile CTA1 und CTA2 der Untereinheit A separat ausgewiesen

Das Choleratoxin (CTX, auch CT) ist ein von dem Bakterium Vibrio cholerae (sowohl vom klassischen Biovar wie auch vom Biovar El Tor) produziertes Exotoxin, das beim Menschen eine schwere Durchfallerkrankung auslösen kann.[1] Das Enterotoxin ist Auslöser der Cholera. Es wurde 1959 von Sambhu Nath De entdeckt.

Wirkungsmechanismus

Das Choleratoxin ist ein hexameres Protein mit einer molekularen Masse von 84 kDa, das aus einer α- (A) und fünf β-Untereinheiten (B) aufgebaut ist.[2] Hierbei wird die α-Untereinheit von einem Pentamer (β-Untereinheit) ringförmig umgeben (AB5). Die β-Untereinheit ermöglicht das Binden an GM1 Gangliosid-Rezeptoren an der Oberfläche von Zellen der Darmschleimhaut.[2] Dies erlaubt die Endozytose in die Zelle, im ER wird dann die α-Untereinheit freigesetzt.

Die α-Untereinheit (CTA1) ist für die Toxizität verantwortlich. Sie hemmt die GTPase-Aktivität der Gαs-Untereinheit eines heterotrimeren G-Proteins, indem es diese (aus intrazellulärem NAD+) ADP-ribosyliert. Dadurch wird die intrinsische GTPase-Aktivität der Gαs-Untereinheit, die GTP zu GDP umsetzt, blockiert – das G-Protein bleibt im aktiven Zustand. Es aktiviert nun permanent die Adenylatcyclase, es kommt zu einem Überschuss des Second Messengers cAMP. Damit wird die Aktivität bestimmter Membrankanäle verändert. Die Folge ist eine Ausschüttung von Chlorid und Bicarbonaten, wodurch der Wasserverlust resultiert.[2] Dies führt zu den typischen Durchfällen.

Pathophysiologische Wirkung auf das Darmepithel

Wirkungsweise des Choleratoxins

Das dauerhaft vermehrte cAMP führt zu verstärktem Einbau des Chloridkanals Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator (CFTR) in die Membran und dadurch zu erhöhtem Verlust von Chloridionen (Cl) in das Lumen. Zusätzlich kommt es zu einem Na+-Verlust durch Hemmung des Na+/H+-Austauschers (NHE3) und des Na+-Kanals (Epithelialer Natriumkanal, ENaC), der für die Na+-Rückresorption ins Epithel zuständig ist. Außerdem geht man davon aus, dass die Tight-Junctions-Durchlässigkeit zwischen den Epithelzellen zunimmt. Als Folge ergeben sich Dehydratisierung und Elektrolytmangel durch Verlust von NaCl und Entzug von H2O aus dem Epithel, das dem NaCl passiv ins Darmlumen folgt. Es kann zu starken Durchfällen mit Wasserverlusten von bis zu einem Liter pro Stunde kommen, ebenfalls zu massivem Ausstrom von Kalium- und Hydrogencarbonat-Ionen über den Darm.

Dies führt insgesamt zum Krankheitsbild der Cholera. Das Choleratoxin ist Bestandteil eines Choleraimpfstoffs.

Literatur

  • Bruce Alberts, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P.Walter: Molecular Biology of the Cell. Fifth edition, reference edition, Garland Science, New York 2008.

Weblinks

Einzelnachweise

  1. Joaquín Sánchez, Jan Holmgren: Cholera toxin – A foe & a friend. In: The Indian Journal of Medical Research. Band 133, Nr. 2, Februar 2011, ISSN 0971-5916, S. 153–163, PMID 21415489, PMC 3089046 (freier Volltext).
  2. a b c John D. Clemens et al.: Cholera Vaccines. In: Stanley A. Plotkin et al. (Hrsg.): Plotkin’s Vaccines. 7. Auflage. Elsevier, Philadelphia 2017, ISBN 978-0-323-35761-6, S. 186, doi:10.1016/B978-0-323-35761-6.00014-6.

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Cholera toxin B pentamer, Vibrio cholerae
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Cholera toxin mechanism
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Crystal structure of cholera toxin. The heterodimeric CTA protein subunit (blue) is composed of two polypeptide chains, CTA1 (22 kDa) and CTA2 (5 kDa), linked by a single disulfide bond. The enzymatically active CTA1 peptide is the (toxic) mono-ADP-ribosyltransferase subunit, while the CTA2 helical peptide links the CTA1 subunit to the pentameric CTB subunits. The cholera toxin B subunit (10.6 kDa) is composed of five identical polypeptide subunit chains (yellow, purple, red, orange, and turquoise), each with membrane receptor GM1ganglioside binding capacity.