2.2.2 Andere verwante El Tor hemolysine van Vibriospecies
Verschillende studies hebben gerapporteerd dat andere Vibriospecies zoals V. mimicus, V. vulnificus, en V. fluvialisalsook hemolysine produceren dat een aantal gemeenschappelijke structurele kenmerken heeft met HlyA.
V. mimicus, een soort die nauw verwant is aan V. cholerae, is een veroorzaker van gastro-enteritis bij de mens. Pathogene stammen van V. mimicuse vertonen verschillende klinische symptomen van waterige tot dysenterie-achtige diarree. Deze ziekteverwekker produceert vele soorten virulentiefactoren zoals CT-achtig enterotoxine en hittestabiel enterotoxine , met Vm-TDH als een oorzakelijke factor in sommige klinische stammen. De meeste klinische stammen zijn echter niet in staat een van deze toxines te produceren. Het hemolysine/cytolysine met hittestabiele werking (V. mimicushemolysine; VMH) wordt verondersteld de meest voorkomende virulente enteropathogene factor te zijn. VMH induceert FA in een geligeerde ileumlus van een konijn op een dosis-afhankelijke manier, en het antilichaam tegen VMH vermindert blijkbaar de enterotoxiciteit van V. mimicus in de levende cellen. Deze bevindingen wijzen erop dat VMH een belangrijke rol speelt bij de pathogenese van deze ziekteverwekker. De enterotoxische activiteit van VMH zou te wijten kunnen zijn aan intestinale Cl-secretie veroorzaakt door de activering van zowel Ca2+-afhankelijke als cyclische AMP-afhankelijke Cl-secretiesystemen. Net als HlyA is erop gewezen dat VMH ook een porievormend toxine is. Dit toxine kan verschillende erytrocyten van zoogdieren verstoren, waaronder runderen, konijnen, schapen, mensen en muizen op colloïd-osmotische wijze, en het vertoont de hoogste gevoeligheid voor erytrocyten van paarden.
VMH gecodeerd door vmhAgen wordt voorspeld 83 kDa te zijn met 82% gelijkenis met V. choleraeHlyA. VMH wordt ook gesecreteerd als 80 kDa precursor bekend als pro-VMH , dat vervolgens wordt omgezet in 66 kDa rijp toxine door de verwijdering van N-terminale propeptide door trypsine-achtig protease van V. mimicus tussen de aminozuurresiduen Arg151 en Ser152 . Aangenomen wordt dat VMH in twee stappen wordt verwerkt, net als HlyA, en dat pro-toxine kan worden geactiveerd door verschillende proteasen, zoals trypsine, chymotrypsine en metalloprotease. Vergelijkbaar met de 50 kDa variant van HlyA, kan volwassen VMH worden omgezet in 51 kDa VMH (aangeduid als VMH51) door verwijdering van 15 kDa van het C-terminale uiteinde door metalloprotease van V. mimicus. VMH51 vertoonde bijna geen lytische activiteit ten opzichte van paardenerytrocyten omdat het de bindingsaffiniteit met het erytrocytmembraan verloor. VMH51 kan echter wel associëren met membranen van schapenerytrocyten, hoewel de affiniteit lager is dan die van intact VMH, wat suggereert dat het afgeknotte toxine interageert met andere componenten in het membraan van schapenerytrocyten. Hieruit kan geconcludeerd worden dat het 15 kDa C-terminale domein van VMH functioneel gelijk is aan het β-prism lectine domein van HlyA.
V. fluvialisis een van de voedselpathogenen die klinische symptomen kan veroorzaken vergelijkbaar met V. cholerae. V. fluvialissecrets El Tor-achtige hemolysine, ontworpen als V. fluvialishemolysin (VFH), die lysis van erytrocyten van verschillende dier kan uitlokken. Naast hemolytische activiteit kan VFH ook cytotoxiciteit veroorzaken tegen Chinese hamster ovarium (CHO) cellen en de inductie van vochtophoping in zogende muis. Het gezuiverde VFH heeft een moleculegewicht van 63 kDa, waarvan de N-terminale aminozuursequentie homologie vertoont met HlyA van V. cholerae en VMH van V. mimicus. Men vermoedt dat VFH een belangrijke rol zou kunnen spelen in de pathogeniciteit van V. vulnificus.
V. vulnificuswerd voor het eerst geïsoleerd uit een beenzweer, en het werd ten onrechte gerapporteerd als V. parahaemolyticus. Later werd vastgesteld dat sommige kenmerken verschilden van V. parahaemolyticuss zoals positieve lactosefermentatie, zodat hij vervolgens V. vulnificus werd genoemd. V. vulnificuskan twee soorten ziekten veroorzaken, de primaire septikemie en de wondinfectie. De eerste is opmerkelijk door het hoge sterftecijfer (meer dan 50%). De primaire septikemie wordt veroorzaakt door de consumptie van rauwe zeevruchten, met name schaaldieren zoals oesters die besmet zijn met V. vulnificus, en naar verluidt wordt 95% van alle sterfgevallen door zeevruchten veroorzaakt door V. vulnificus in de Verenigde Staten. Omdat de meeste patiënten met septikemie een onderliggende ziekte hebben zoals levercirrose, hepatitis of diabetes, wordt septikemie door V. vulnificus beschouwd als een opportunistische infectie. Wondinfecties gekenmerkt klinische symptomen zijn oedeem, erytheem, of necrose en opgetreden na blootstelling aan besmet zeewater of mariene producten. Echter, gastro-intestinale symptomen zoals diarree zijn zeer zeldzaam als gevolg van V. vulnificusinfectie. V. vulnificus produceert verschillende extracellulaire virulentiefactoren zoals hemolysine of protease. Hemolysine, afgescheiden door V. vulnificus, bekend als V. vulnificushemolysine (VVH), is ook een toxine dat pore kan vormen op de doelmembranen van verschillende zoogdiercellen. Gezuiverd VVH vertoont lytische activiteit tegen erytrocyten van verschillende zoogdieren en gekweekte cellen zoals CHO, mast, en pulmonale endotheelcellen. Bovendien is gemeld dat de sublytische doses van hemolysine apoptotische signaleringsroute in menselijke vasculaire endotheel cellijn, ECV304 cellen , en oligomerisatie van VVH is essentieel voor de apoptotische activiteit in CHO-cellen .
VVH (VvhA) precursor heeft molecuulgewicht van 51 kDa gecodeerd door de structuur gen vvhA, die een operon vormt met vvhBgen. Het vvhB-gen is stroomopwaarts van vvhA aanwezig en codeert voor het 18 kDa-eiwit VvhB. De VvhA-precursor bestaat uit een signaalpeptide (20 aminozuurresiduen) en een cytolysinedomein (Gln1tot Arg318) met inbegrip van een vermoedelijke voorsteel en β-prismaleculineachtig domein (His319 tot Leu451) (figuur 1); de pro-regio en het β-prismaleculineachtig domein zijn afwezig in vergelijking met de HlyA-precursor . Hoewel de functie van VvhB onbekend is, zou het kunnen fungeren als een chaperon in afwezigheid van het pro-gebied zoals HlyA. Deze speculatie wordt ondersteund door het feit dat zelfs wanneer VvhA tot expressie komt in afwezigheid van vvhB in vitro, de hemolytische activiteit niet kan worden gedetecteerd. Hoewel VVH het β-prism lectine domein mist, heeft het β-trefoil lectine domein bindingscapaciteit getoond voor glycerol, N-acetyl-D-galactosamine, en N-acetyl-D-lactosamine in tegenstelling tot HlyA . In feite vertoont VVH een verminderd vermogen om CHO cellen te binden wanneer het vooraf geïncubeerd wordt met methyl-beta-cyclodextrine, een oligosaccharide, en dus een remming van het cytotoxische effect. Net als bij HlyA wordt aangenomen dat het VVH-monomeer zich aan het celmembraan bindt en oligomeren vormt, en de kristalstructuur van het β-trefoil lectinedomein van VVH onthult een heptamerische ringopstelling. Er wordt sterk gesuggereerd dat cholesterol de receptor is voor VVH en de omzetting van monomeer naar oligomeer vergemakkelijkt. Bovendien wordt gerapporteerd dat Thr438 in het β-trefoil lectine domein verantwoordelijk is voor binding aan cholesterol . Anderzijds is Phe334 in het cytolysine domein, dat zich nabij de verbinding van twee domeinen bevindt, essentieel voor de oligomerisatie van het toxine monomeer . Bovendien is aangetoond dat de mutatie van Leu451 remming van de hemolytische activiteit veroorzaakt zonder vermindering van het membraanbindend vermogen; dit suggereert dat Leu451 essentieel is voor de oligomeervorming . Onlangs heeft een studie aangetoond dat eigenschappen zoals polariteit en indoolring van aminozuur Trp246 essentieel zijn voor de binding van het toxine aan het doelmembraan. Aangenomen wordt dat het hemolytische proces van VVH vrijwel gelijk is aan dat van HlyA, hoewel er enkele verschillen zijn in de functie en structuur van VVH.
Er is gerapporteerd dat een hitte-labiel hemolysine gezuiverd van V. tubiashii, een pathogeen van jonge tweekleppige, vergelijkbaar is met VVH . Net als VVH vertoont dit toxine competitieve inhibitie door cholesterol en kan het erytrocyten lyseren. Bovendien vertoont het toxine cytotoxiciteit voor CHO, Caco-2, en Atlantische menhaden levercellen in weefselkweek.
V. damselahis gerapporteerd dat wondinfectie veroorzaakt door het hanteren van vis, blootstelling aan zeewater en zeedieren, en ingestie van rauwe zeevruchten . Er werd aangenomen dat deze bacterie geen andere hemolysine bevat, behalve een hemolysine met fosfolipase D activiteit, bekend als damselysine. Onlangs is gemeld dat deze bacterie HlyA-achtig hemolysine bezit, dat gecodeerd is binnen een nieuw virulentieplasmide pPHDD1. De karakteristieken van dit nieuwe HlyA-achtig hemolysine van V. damselaar zijn nog niet geïdentificeerd, maar de voorspelde aminozuursequenties vertonen 69% overeenkomst met HlyA van V. cholerae, waarbij het β-prism lectineachtig domein ontbreekt (Figuur 1) .