2.2.2 Andere verwandte El Tor-Hämolysin von Vibriospezies
Verschiedene Studien haben berichtet, dass andere Vibriospezies wie V. mimicus, V. vulnificus und V. fluvialisalso Hämolysin produzieren, das einige gemeinsame strukturelle Merkmale mit HlyA aufweist.
V. mimicus, eine eng mit V. cholerae verwandte Spezies, ist ein Erreger der menschlichen Gastroenteritis. Pathogene Stämme von V. mimicus zeigen verschiedene klinische Symptome, die von wässriger bis zu dysenterieartiger Diarrhöe reichen. Dieser Erreger produziert viele Arten von Virulenzfaktoren wie CT-ähnliches Enterotoxin und hitzestabiles Enterotoxin, wobei Vm-TDH in einigen klinischen Stämmen ein ursächlicher Faktor ist. Die meisten klinischen Stämme sind jedoch nicht in der Lage, eines dieser Toxine zu produzieren. Das hitzelabile Hämolysin/Zytolysin (V. mimicushemolysin; VMH) gilt als der häufigste virulente enteropathogene Faktor. Tatsächlich induziert VMH FA in einer ligierten Kaninchen-Ilealschleife in dosisabhängiger Weise, und der Antikörper gegen VMH reduziert offenbar die Enterotoxizität von V. mimicus in den lebenden Zellen. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass VMH eine wichtige Rolle bei der Pathogenese dieses Erregers spielt. Die enterotoxische Aktivität von VMH könnte auf die intestinale Cl-Sekretion zurückzuführen sein, die durch die Aktivierung sowohl des Ca2+-abhängigen als auch des zyklischen AMP-abhängigen Cl-Sekretionssystems verursacht wird. Ähnlich wie bei HlyA wurde festgestellt, dass VMH ebenfalls ein porenbildendes Toxin ist. Dieses Toxin kann verschiedene Säugetier-Erythrozyten, darunter Rinder-, Kaninchen-, Schaf-, Menschen- und Mäuse-Erythrozyten, auf kolloid-osmotische Weise zerstören, wobei es die höchste Empfindlichkeit für Pferde-Erythrozyten aufweist.
VMH, das vom vmhA-Gen kodiert wird, hat eine vorhergesagte Größe von 83 kDa mit 82 % Ähnlichkeit mit V. choleraeHlyA. VMH wird auch als 80 kDa Vorläufer, bekannt als pro-VMH, sezerniert, der dann durch die Entfernung des N-terminalen Propeptids durch Trypsin-ähnliche Protease von V. mimicus zwischen den Aminosäureresten Arg151 und Ser152 in 66 kDa reifes Toxin umgewandelt wird. Es wurde angenommen, dass VMH in einer zweistufigen Reaktion prozessiert werden könnte, so wie HlyA und Pro-Toxin durch verschiedene Proteasen wie Trypsin, Chymotrypsin und Metalloprotease aktiviert werden können. Ähnlich wie die 50 kDa-Variante von HlyA kann reifes VMH durch die Entfernung von 15 kDa vom C-terminalen Ende durch die Metalloprotease von V. mimicus in 51 kDa VMH (bezeichnet als VMH51) umgewandelt werden. VMH51 zeigte fast keine lytische Aktivität gegenüber Pferde-Erythrozyten, da es die Bindungsaffinität zur Erythrozytenmembran verlor. VMH51 kann jedoch mit Schafserythrozytenmembranen assoziieren, obwohl die Affinität im Vergleich zu intaktem VMH geringer ist, was darauf hindeutet, dass das verkürzte Toxin mit anderen Komponenten der Schafserythrozytenmembran interagiert. Daraus könnte man schließen, dass die 15 kDa C-terminale Domäne von VMH funktionell der β-Prismenlektin-Domäne von HlyA ähnlich ist.
V. fluvialisis ist einer der lebensmittelbedingten Krankheitserreger, der ähnliche klinische Symptome wie V. cholerae verursachen kann. V. fluvialissekreiert ein El-Tor-ähnliches Hämolysin, das als V. fluvialis-Hämolysin (VFH) bezeichnet wird und die Lyse von Erythrozyten verschiedener Tiere hervorrufen kann. Neben der hämolytischen Aktivität kann VFH auch Zytotoxizität gegenüber Ovarialzellen des chinesischen Hamsters (CHO) auslösen und eine Flüssigkeitsansammlung in säugenden Mäusen induzieren. Das gereinigte VFH hat ein Molekulargewicht von 63 kDa, dessen N-terminale Aminosäuresequenz Homologie mit HlyA von V. cholerae und VMH von V. mimicus aufweist. Es wird vermutet, dass VFH eine wichtige Rolle bei der Pathogenität von V. fluvialis spielen könnte.
V. vulnificus wurde erstmals aus einem Beingeschwür isoliert und fälschlicherweise als V. parahaemolyticus bezeichnet. Später stellte man fest, dass sich einige Merkmale von V. parahaemolyticus unterschieden, wie z. B. die positive Laktosegärung, so dass man ihn später als V. vulnificus bezeichnete. V. vulnificus kann zwei Arten von Krankheiten verursachen, die primäre Septikämie und die Wundinfektion. Erstere zeichnet sich durch eine hohe Sterblichkeitsrate (über 50 %) aus. Die primäre Septikämie wird durch den Verzehr von rohen Meeresfrüchten verursacht, insbesondere von Schalentieren wie Austern, die mit V. vulnificus kontaminiert sind. Berichten zufolge werden 95 % aller Todesfälle im Zusammenhang mit Meeresfrüchten in den Vereinigten Staaten durch V. vulnificus verursacht. Da die meisten Septikämie-Patienten eine Grunderkrankung wie Leberzirrhose, Hepatitis oder Diabetes haben, gilt die Septikämie durch V. vulnificus als opportunistische Infektion. Die für Wundinfektionen charakteristischen klinischen Symptome sind Ödeme, Erytheme oder Nekrosen und treten nach Kontakt mit kontaminiertem Meerwasser oder Meeresprodukten auf. Gastrointestinale Symptome wie Durchfall sind bei einer V. vulnificus-Infektion jedoch sehr selten. V. vulnificusproduziert verschiedene extrazelluläre Virulenzfaktoren wie Hämolysin oder Protease. Das von V. vulnificus abgesonderte Hämolysin, das so genannte V. vulnificus-Hämolysin (VVH), ist ebenfalls ein Toxin, das an den Zielmembranen verschiedener Säugetierzellen Poren bilden kann. Gereinigtes VVH zeigt eine lytische Aktivität gegen Erythrozyten verschiedener Säugetiere und kultivierte Zellen wie CHO-, Mast- und Lungenendothelzellen. Darüber hinaus wird berichtet, dass die sublytischen Dosen von Hämolysin den apoptotischen Signalweg in menschlichen vaskulären Endothelzellen, ECV304-Zellen, auslösen können, und dass die Oligomerisierung von VVH für die apoptotische Aktivität in CHO-Zellen wesentlich ist.
VVH (VvhA)-Precursor hat ein Molekulargewicht von 51 kDa, das durch das Strukturgen vvhA kodiert wird, das ein Operon mit dem vvhB-Gen bildet. Das vvhB-Gen befindet sich stromaufwärts von vvhA und kodiert das 18 kDa große Protein VvhB. Der VvhA-Vorläufer besteht aus einem Signalpeptid (20 Aminosäurereste) und einer Cytolysin-Domäne (Gln1 bis Arg318) einschließlich eines mutmaßlichen Prästamms und einer β-Trefoil-Lectin-ähnlichen Domäne (His319 bis Leu451) (Abbildung 1); die Pro-Region und die β-Prisma-Lectin-Domäne fehlen im Vergleich zum HlyA-Vorläufer. Obwohl die Funktion von VvhB unbekannt ist, könnte es in Abwesenheit der Pro-Region wie HlyA als Chaperon fungieren. Diese Vermutung wird durch die Tatsache gestützt, dass, obwohl VvhA in Abwesenheit von vvhBin vitro exprimiert wird, die hämolytische Aktivität nicht nachgewiesen werden kann. Obwohl VVH keine β-Prismenlektin-Domäne besitzt, hat die β-Trefoil-Lektin-Domäne im Gegensatz zu HlyA eine Bindungsfähigkeit für Glycerin, N-Acetyl-D-Galactosamin und N-Acetyl-D-Lactosamin gezeigt. Tatsächlich zeigt VVH eine verringerte Fähigkeit, CHO-Zellen zu binden, wenn es mit Methyl-beta-Cyclodextrin, einem Oligosaccharid, vorinkubiert wird, und damit eine Hemmung seiner zytotoxischen Wirkung. Ähnlich wie bei HlyA wird angenommen, dass das VVH-Monomer an die Zellmembran bindet und Oligomere bildet, und die Kristallstruktur der β-Trefoil-Lektindomäne von VVH zeigt eine heptamere Ringanordnung. Es wird stark vermutet, dass Cholesterin der Rezeptor für VVH ist und die Umwandlung von Monomer in Oligomer erleichtert. Darüber hinaus wird berichtet, dass Thr438 in der β-Trefoil-Lectin-Domäne für die Bindung an Cholesterin verantwortlich ist. Andererseits ist Phe334 in der Cytolysin-Domäne, die sich in der Nähe der Verbindung zweier Domänen befindet, für die Oligomerisierung des Toxinmonomers wesentlich. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die Mutation von Leu451 eine Hemmung der hämolytischen Aktivität bewirkt, ohne die Membranbindungsfähigkeit zu verringern; dies deutet darauf hin, dass Leu451 für die Oligomerbildung wesentlich ist. Kürzlich zeigte eine Studie, dass Eigenschaften wie die Polarität und der Indolring der Aminosäure Trp246 für die Bindung des Toxins an die Zielmembran wesentlich sind. Es wird angenommen, dass der hämolytische Prozess von VVH dem von HlyA fast ähnlich ist, obwohl es einige Unterschiede in der Funktion und Struktur von VVH gibt.
Es wurde berichtet, dass ein hitzelabiles Hämolysin, das aus V. tubiashii, einem Erreger juveniler Muscheln, gereinigt wurde, VVH ähnlich ist. Wie VVH zeigt auch dieses Toxin eine kompetitive Hemmung durch Cholesterin und kann Erythrozyten lysieren. Darüber hinaus zeigt das Toxin Zytotoxizität für CHO-, Caco-2- und atlantische Menhaden-Leberzellen in Gewebekulturen.
V. damselahat Berichten zufolge Wundinfektionen durch den Umgang mit Fischen, den Kontakt mit Meerwasser und Meerestieren und den Verzehr von rohen Meeresfrüchten verursacht. Es wurde davon ausgegangen, dass dieses Bakterium kein anderes Hämolysin besitzt, mit Ausnahme eines Hämolysins mit Phospholipase-D-Aktivität, das als Damselysin bekannt ist. Kürzlich wurde berichtet, dass dieses Bakterium ein HlyA-ähnliches Hämolysin besitzt, das in einem neuen Virulenzplasmid pPHDD1 kodiert ist. Die Eigenschaften dieses neuen HlyA-ähnlichen Hämolysins von V. damsela sind noch nicht identifiziert, aber die vorhergesagten Aminosäuresequenzen zeigen eine 69%ige Ähnlichkeit mit HlyA von V. cholerae, wobei die β-Prismenlektin-ähnliche Domäne fehlt (Abbildung 1).