Toxina-1 del síndrome de shock tóxico

La toxina 1 del síndrome de shock tóxico (TSST-1) es un superantígeno de 22 kDa producido por entre el 5 y el 25 % de los aislados de Staphylococcus aureus. Causa el síndrome de shock tóxico (SST) al estimular la liberación de grandes cantidades de interleucina-1, interleucina-2 y factor de necrosis tumoral. En general, la toxina no es producida por bacterias que proliferan en la sangre, sino que se produce en el foco de infección y luego ingresa al torrente sanguíneo.La toxina 1 del síndrome de shock tóxico (TSST-1), un superantígeno prototipo secretado por una cepa de la bacteria Staphylococcus aureus en huéspedes susceptibles, actúa sobre el sistema vascular causando inflamación, fiebre y shock. La cepa bacteriana que produce la TSST-1 se puede encontrar en cualquier parte del cuerpo, pero reside principalmente en la vagina de las mujeres infectadas. La TSST-1 es una exotoxina bacteriana presente en pacientes que han desarrollado el síndrome de shock tóxico (SST), el cual puede presentarse tanto en mujeres que menstrúan como en cualquier hombre o niño. Un tercio de todos los casos de SST se han detectado en hombres. Esta estadística podría deberse a heridas quirúrgicas o a cualquier herida cutánea. La TSST-1 es la causa de la mitad de los casos de SST no menstruales y la única causa de los casos de SST menstruales.En la secuencia de nucleótidos de TSST-1, existe un marco de lectura abierto de 708 pares de bases y una secuencia de Shine-Dalgarno, siete pares de bases aguas abajo del sitio de inicio. En toda la secuencia de nucleótidos, solo 40 aminoácidos conforman el péptido señal. Un solo péptido señal consta de un extremo terminal de uno a tres aminoácidos básicos, una región hidrofóbica de 15 residuos, un aminoácido prolina (Pro) o glicina (Gly) en la región central hidrofóbica, un aminoácido serina (Ser) o treonina (Thr) cerca del extremo carboxilo terminal del núcleo hidrofóbico, y una alanina (Ala) o glicina (Gly) en el sitio de escisión. Una proteína TSST-1 madura tiene una secuencia codificante de 585 pares de bases. La secuencia de nucleótidos completa fue determinada por Blomster-Hautamaazg et al., así como por otros investigadores con otros experimentos. Consiste en una sola cadena polipeptídica, la estructura de la holotoxina TSST-1 es tridimensional y consta de un dominio alfa (α) y un dominio beta (β). Esta estructura tridimensional de la proteína TSST-1 se determinó mediante la purificación de los cristales de la proteína. Los dos dominios son adyacentes y poseen características únicas. El dominio A, el más grande de los dos, contiene los residuos 1-17 y 90-194 en TSST-1 y consiste en una larga hélice alfa (α) con los residuos 125-140 rodeados por una lámina beta (β) de 5 hebras. El dominio B es único porque contiene los residuos 18-89 en TSST-1 y consiste en un barril (β) compuesto por 5 hebras β. Los métodos de cristalografía muestran que el barril β interno del dominio B contiene varios aminoácidos hidrofóbicos y residuos hidrofílicos en su superficie, lo que permite a la TSST-1 atravesar las superficies mucosas de las células epiteliales. Si bien la TSST-1 está compuesta por varios aminoácidos hidrofóbicos, esta proteína es altamente soluble en agua. Es resistente al calor y a la proteólisis. Se ha demostrado que la TSST-1 puede hervirse durante más de una hora sin que se produzca desnaturalización ni un efecto directo sobre su función.La TSST-1 es una proteína codificada por el gen tst, que forma parte del elemento genético móvil de la isla 1 de patogenicidad estafilocócica. La toxina se produce en mayor cantidad durante la fase posexponencial de crecimiento, similar a la de los superantígenos de toxinas pirogénicas, también conocidos como PTSAg. Para producir la TSST-1 se requiere oxígeno, además de la presencia de proteína animal, bajos niveles de glucosa y temperaturas entre 37 y 40 °C (99 y 104 °F). La producción es óptima a pH cercanos a la neutralidad y con niveles bajos de magnesio, y se ve amplificada por altas concentraciones de S. aureus, lo que indica su importancia para el establecimiento de la infección.El TSST-1 se diferencia de otros PTSAg en que su secuencia genética no presenta homología con otras secuencias de superantígenos. El TSST-1 carece de un bucle de cisteína, una estructura importante en otros PTSAg. El TSST-1 también se diferencia de otros PTSAg en su capacidad para atravesar las mucosas, por lo que es un factor importante en el síndrome de shock tóxico menstrual (TSS). Cuando la proteína se traduce, se encuentra en forma de proproteína y solo puede abandonar la célula una vez que se ha escindido la secuencia señal. El locus agr (regulador del gen accesorio) es uno de los sitios clave de regulación positiva para muchos de los genes de S. aureus, incluido el TSST-1. Además, las alteraciones en la expresión de los genes ssrB y srrAB afectan la transcripción del TSST-1. Además, los niveles elevados de glucosa inhiben la transcripción, ya que la glucosa actúa como represor de catabolitos.Según estudios de diversas mutaciones de la proteína, parece que las porciones superantigénica y letal están separadas. Una variante en particular, TSST-ovina o TSST-O, fue clave para determinar las regiones de importancia biológica en TSST-1. TSST-O no causa TSS, no es mitogénica y difiere de la secuencia de TSST-1 en 14 nucleótidos, que corresponden a 9 aminoácidos. Dos de estos se escinden como parte de la secuencia señal y, por lo tanto, no son importantes en la diferencia de función observada. A partir de los estudios que observaron las diferencias en estas dos proteínas, se descubrió que el residuo 135 es crítico tanto para la letalidad como para la mitogenicidad, mientras que las mutaciones en los residuos 132 y 136 hicieron que la proteína perdiera su capacidad para causar TSS; sin embargo, aún se observaban signos de superantigenicidad. Si la lisina en el residuo 132 de TSST-O se transforma en glutamato, el mutante recupera poca superantigenicidad, pero se vuelve letal, lo que significa que la capacidad de causar TSS se debe al glutamato en el residuo 132. La pérdida de actividad causada por estas mutaciones no se debe a cambios en la conformación de la proteína, sino que estos residuos parecen ser cruciales en las interacciones con los receptores de células T.Las muestras de TSST-1 pueden purificarse a partir de cultivos bacterianos para su uso en entornos de prueba in vitro. Sin embargo, esto no es ideal debido a la gran cantidad de factores que contribuyen a la patogénesis en un entorno in vivo. Además, el cultivo de bacterias in vitro proporciona un entorno rico en nutrientes, a diferencia de un entorno in vivo, donde los nutrientes tienden a ser más escasos. El TSST-1 puede purificarse mediante isoelectroenfoque preparativo para su uso in vitro o en modelos animales mediante una minibomba osmótica.Un superantígeno como el TSST-1 estimula las células T humanas que expresan VB 2, que pueden representar entre el 5 % y el 30 % de todas las células T del huésped. Los PTSAg inducen la expansión específica de VB de los subconjuntos CD4 y CD8 de los linfocitos T. El TSST-1 forma homodímeros en la mayoría de sus formas cristalinas conocidas. Los SAG muestran una arquitectura notablemente conservada y se dividen en los dominios N- y C-terminales. El análisis mutacional ha mapeado la supuesta región de unión al TCR del TSST-1 en un sitio ubicado en el surco posterior. Si el TCR ocupa este sitio, la hélice alfa aminoterminal forma una gran cuña entre el TCR y las moléculas del MHC de clase II. La cuña separaría físicamente el TCR de las moléculas del MHC de clase II. Podría existir un nuevo dominio en los SAG que esté separado de los dominios de unión al TCR y al MHC de clase II. El dominio consta de los residuos 150 a 161 en SEB, y existen regiones similares en todos los demás SAG. En este estudio, un péptido sintético que contiene esta secuencia fue capaz de prevenir la letalidad inducida por SAG en ratones sensibilizados a la D-galactosamina con TSST-1 estafilocócico, así como otros SAG. Existen diferencias significativas en las secuencias de los alelos del MHC de clase II y los elementos Vβ del TCR expresados por diferentes especies, y estas diferencias tienen efectos importantes en la interacción de los PTSAg y con las moléculas del MCH de clase II y del TCR.El TSST-1 se une principalmente a la cadena alfa del CMH de clase II exclusivamente a través de un sitio de unión de baja afinidad (o genérico) en el dominio N-terminal de SAG. Esto contrasta con otros superantígenos (SAG), como DEA y SEE, que se unen al CMH de clase II a través del sitio de baja afinidad, y a la cadena beta a través de un sitio de alta afinidad. Este sitio de alta afinidad es un sitio dependiente del zinc en el dominio C-terminal de SAG. Cuando este sitio se une, se extiende sobre parte del surco de unión, establece contacto con el péptido unido y luego se une a regiones de las cadenas alfa y beta. La unión del TSST-1 al CMH depende parcialmente del péptido. Estudios de mutagénesis con SEA han indicado que ambos sitios de unión son necesarios para la activación óptima de las células T. Estos estudios con TSST-1 indican que el dominio de unión del TCR se encuentra en la parte superior de la cara posterior de esta toxina, aunque la interacción completa aún está por determinar. También se han observado indicios de que el sitio de unión del TCR de TSST-1 se localiza en el surco mayor de la hélice alfa central o en la hélice alfa amino terminal corta. Se sabe que los residuos en el motivo de garra beta de TSST-1 interactúan principalmente con la región invariante de la cadena alfa de esta molécula del MHC de clase II. También se identificaron residuos que forman contactos menores con TSST-1 en la cadena β de HLA-DR1, así como en el péptido antigénico, ubicado en el surco intercatenario. La disposición de TSST-1 con respecto a la molécula del MHC de clase II impone una restricción estérica al complejo de tres componentes compuesto por TSST-1, MHC de clase II y el TCR.Los estudios iniciales de mutantes revelaron que los residuos en la parte posterior de la hélice alfa central eran necesarios para la actividad superantígena. El cambio de la histidina en la posición 135 a alanina provocó que TSST-1 no fuera ni letal ni superantigénico. Los cambios en los residuos cercanos a H135A también disminuyeron la letalidad y la capacidad superantigénica de estos mutantes. Sin embargo, la mayoría de estos mutantes no perdieron la antigenicidad de TSST-1. Las pruebas realizadas con toxinas mutagénicas de TSST-1 indicaron que las propiedades letales y superantigénicas son separables. Al cambiar la lisina 132 de TSST-O por un gen Glu, el mutante resultante se volvió completamente letal, pero no superantigénico. Se observaron los mismos resultados (letal, pero no superantigénico) para la proteína Gly16Val de TSST-1. Se ha propuesto que los residuos Gly16, Glu132 y Gln 136, ubicados en la parte posterior del surco posterior de la supuesta región de unión del TCR de TSST-1, también formen parte de un segundo sitio funcionalmente letal en TSST-1.