Tetanoespasmina

Estructura de tetanospasmin

Mecanismo de acción de tetanospasmin

toxina tetánica (TeNT) es una neurotoxina extremadamente potente producida por la célula vegetativa de Clostridium tetani en condiciones anaeróbicas, que causa el tétanos. No tiene una función conocida para los clostridios en el entorno del suelo donde normalmente se encuentran. También se denomina toxina espasmogénica, tentoxilisina, tetanoespasmina o neurotoxina tetánica. Se ha medido que la LD₅₀ de esta toxina es de aproximadamente 2,5 a 3 ng/kg, lo que la sitúa en segundo lugar después de la toxina botulínica relacionada (LD₅₀ 2 ng/kg) como la toxina más letal del mundo. Sin embargo, estas pruebas se realizan únicamente en ratones, que pueden reaccionar a la toxina de manera diferente a los humanos y otros animales.

C. tetani también produce la exotoxina tetanolisina, una hemolisina, que provoca la destrucción de los tejidos.

Distribución

La toxina del tétanos se propaga a través de los espacios tisulares hacia los sistemas linfático y vascular. Entra en el sistema nervioso en las uniones neuromusculares y migra a través de los troncos nerviosos y al sistema nervioso central (SNC) por transporte axonal retrógrado mediante el uso de dineínas.

Estructura

La proteína de la toxina tetánica tiene un peso molecular de 150 kDa. Se traduce del gen tetX como una proteína que posteriormente se escinde en dos partes: una cadena B o pesada de 100 kDa y una cadena A o ligera de 50 kDa. Las cadenas están conectadas por un enlace disulfuro.

• La cadena B se une a disialogangliosides (GD2 y GD1b) en la membrana neuronal y contiene un dominio de translocación que ayuda al movimiento de la proteína a través de esa membrana y en la neurona.
• La cadena A, una endopeptidase de zinc de la familia M27, ataca la proteína de membrana asociada a la vesícula (VAMP).

El gen TetX que codifica esta proteína se encuentra en el plásmido PE88.

Se han resuelto varias estructuras del dominio de unión y el dominio de peptidasa mediante cristalografía de rayos X y se han depositado en el PDB. Un resumen de estas estructuras está disponible utilizando UniPDB Archivado el 13 de junio de 2013 en la aplicación Wayback Machine en PDBe, por ejemplo 1z7h o 3hmy.

Mecanismo de acción

El mecanismo de acción de TeNT se puede desglosar y discutir en estos diferentes pasos:

Transporte

1. Fijación específica en las neuronas periféricas
2. Transporte axonal retrógrado a los interneurones inhibidores del SNC
3. Transcitosis del axón en los interneurones inhibidores

Medida

1. Translocación mediada por temperatura y pH de la cadena de luz en el citosol
2. Reducción del puente disulfuro a los thiols, severizando el vínculo entre la cadena ligera y pesada
3. Cleavage of synaptobrevin at -Gln⁷⁶- Phe...

Los primeros tres pasos describen el viaje de la toxina del tétanos desde el sistema nervioso periférico hasta donde se lleva al SNC y tiene su efecto final. Los últimos tres pasos documentan los cambios necesarios para el mecanismo final de la neurotoxina.

El transporte a las interneuronas inhibitorias del SNC comienza con la cadena B que media en la unión neuroespecífica de TeNT a la membrana de la terminal nerviosa. Se une a los polisialogangliósidos GT1b, de manera similar a la C. neurotoxina botulínica. También se une a otro receptor de proteína anclado a GPI pobremente caracterizado más específico para TeNT. Tanto el gangliósido como la proteína anclada a GPI se encuentran en microdominios lipídicos y ambos son necesarios para la unión específica de TeNT. Una vez que se une, la neurotoxina se somete a endocitosis en el nervio y comienza a viajar a través del axón hacia las neuronas espinales. El siguiente paso, la transcitosis del axón a la interneurona inhibitoria del SNC, es una de las partes menos comprendidas de la acción de TeNT. Al menos dos vías están involucradas, una que se basa en el sistema de reciclaje de la vesícula sináptica 2 (SV2) y otra que no.

Una vez que la vesícula está en la interneurona inhibidora, su translocación está mediada por el pH y la temperatura, específicamente un pH bajo o ácido en la vesícula y temperaturas fisiológicas estándar. Una vez que la toxina se ha trasladado al citosol, se produce la reducción química del enlace disulfuro para separar los tioles, principalmente por la enzima NADPH-tiorredoxina reductasa-tiorredoxina. La cadena ligera queda entonces libre para romper el enlace Gln76-Phe77 de la sinaptobrevina. La escisión de la sinaptobrevina afecta la estabilidad del núcleo SNARE al impedir que entre en la conformación de baja energía, que es el objetivo de la unión de NSF. Synaptobrevin es un V-SNARE integral necesario para la fusión de vesículas a membranas. El objetivo final de TeNT es la escisión de la sinaptobrevina e, incluso en dosis bajas, tiene el efecto de interferir con la exocitosis de los neurotransmisores de las interneuronas inhibitorias. El bloqueo de los neurotransmisores ácido γ-aminobutírico (GABA) y glicina es la causa directa de los efectos fisiológicos que induce TeNT. El GABA inhibe las neuronas motoras, por lo que al bloquear el GABA, la toxina tetánica provoca una parálisis espástica violenta. La acción de la cadena A también evita que las neuronas afectadas liberen transmisores excitatorios, al degradar la proteína sinaptobrevina 2. La consecuencia combinada es una hiperactividad peligrosa en los músculos por los estímulos sensoriales más pequeños, ya que se inhibe la amortiguación de los reflejos motores, lo que lleva a contracciones generalizadas de la musculatura agonista y antagonista, denominada "espasmo tetánico".

Importancia clínica

Las manifestaciones clínicas del tétanos se producen cuando la toxina tetánica bloquea los impulsos inhibidores al interferir con la liberación de neurotransmisores, incluidos la glicina y el ácido gamma-aminobutírico. Estos neurotransmisores inhibitorios inhiben las neuronas motoras alfa. Con la inhibición disminuida, la velocidad de disparo en reposo de la neurona motora alfa aumenta, produciendo rigidez, contracción muscular sin oposición y espasmo. Los rasgos característicos son el risus sardonicus (una sonrisa rígida), el trismus (comúnmente conocido como "bloquear la mandíbula") y el opistótono (espalda rígida y arqueada). Pueden ocurrir convulsiones y el sistema nervioso autónomo también puede verse afectado. La tetanoespasmina parece prevenir la liberación de neurotransmisores al escindir selectivamente un componente de las vesículas sinápticas llamado sinaptobrevina II. La pérdida de inhibición también afecta las neuronas simpáticas preganglionares en la sustancia gris lateral de la médula espinal y produce hiperactividad simpática y niveles elevados de catecolaminas circulantes. Puede desarrollarse hipertensión y taquicardia alternando con hipotensión y bradicardia.

Los espasmos tetánicos pueden ocurrir en una forma distintiva llamada opistótonos y ser lo suficientemente graves como para fracturar huesos largos. Los nervios más cortos son los primeros en inhibirse, lo que conduce a los síntomas tempranos característicos en la cara y la mandíbula, risus sardonicus y trismo.

La unión de la toxina a las neuronas es irreversible y la función nerviosa solo puede recuperarse mediante el crecimiento de nuevas terminales y sinapsis.

Inmunidad y vacunación

Debido a su extrema potencia, incluso una dosis letal de tetanoespasmina puede ser insuficiente para provocar una respuesta inmunitaria. Por lo tanto, las infecciones por tétanos adquiridas naturalmente no suelen proporcionar inmunidad a infecciones posteriores. La inmunización (que no es permanente y debe repetirse periódicamente) utiliza en cambio el toxoide menos letal derivado de la toxina, como en la vacuna contra el tétanos y algunas vacunas combinadas (como la DTP).