Adenylát cyklázový toxin

Adenylát cyklázový toxin je sekretován z buněk sekrečním systémem typu I. Tento sekreční systém prochází oběma membránami a periplazmovým prostorem, což umožňuje vyloučit toxin z cytoplazmy rovnou do okolí.[1][2] Velká část molekul toxinu ulpívá na bakteriálních povrchových proteinech, zejména na filamentózním hemaglutininu, ale tyto molekuly nejsou aktivní.[5][1] Vytváření agregátů toxinových molekul, podobně jako ulpívání na extracelulárních proteinech, inaktivuje toxin.[5] Tato rychlá inaktivace v bezprostřední blízkosti bakterie upozorňuje na nutný blízký kontakt sekretující bakterie a cílové hostitelské buňky.[1]

Adenylát cyklázový toxin se váže na cílové buňky přes komplementový receptor 3 (jinak též CD11b/CD18, Mac-1).[7] Cílové buňky jsou myeloidního původu, hlavně fagocytické buňky jako neutrofily.[1] Vazba na buňky bez komplementového receptoru 3 (CR3) je také zdokumentována, ale dochází k ní v mnohem menší míře.[5] Část toxinu zodpovědná za vazbu na receptor leží uvnitř vápník-vázajících repetic, od zbytku 1166 po 1287.[3] Hemolyzinová část proteinu se poté váže na cílovou membránu a vkládá se do lipidové dvojvrstvy.[3][5] Adenylát cyklázová (AD) doména je translokována přes membránu, do cytosolu. Translokace AC domény je nezávislá na cytotoxické tvorbě pórů, každá z těchto funkcí vyžaduje jinou konformaci toxinu.[2][5] Přechodně otevřené póry mohou přispívat k funkci adenylát cyklázové domény únikem draslíku z cílové buňky a naopak přílivem vápníku dovnitř. To vede k zpomalení endocytózy povrchových receptorů a s nimi asociovaného toxinu,[2] zároveň dochází k uvolnění komplexu receptoru a toxinu z cytoskeletu. Komplex je pak přemístěn do lipidových raftů bohatých na cholesterol.[3] Influx vápníku jako takový má mnoho negativních dopadů na cílovou buňku, vede například k deregulaci buněčné signalizace.[5]

Adenylát cyklázový toxin má vlastní enzymatickou aktivitu. Translokace AC domény spouští hlavní proces, kterým toxin ovlivňuje buňku: AC doména váže kalmodulin, je jím aktivována a katalyzuje neregulovanou produkci cAMP z ATP.[7] cAMP je důležitý signalizační druhý posel a jeho masivní nadprodukce má vliv na mnoho buněčných procesů. cAMP zprostředkovanou aktivací proteinkinázy A a Epac dráhy dochází k zastavení většiny antimikrobiálních funkcí fagocytických buněk.[7]

Výše popsané efekty adenylát cyklázového toxinu, hlavně nadprodukce cAMP, mají výrazný vliv na cílové buňky. Ačkoli fagocytické imunitní buňky migrují do místa zánětu v plicích, nejsou schopné efektivní imunitní reakce.Zablokováno je nejen pohlcování bakterií, ale i následné produkce kyslíkových radikálů neutrofily a monocyty, tvorba NET neutrofily a dochází i k inhibici NO u makrofágů.[3][5][7] Nejdůležitější je působení na neutrofily v brzkých stádiích infekce bakteriemi rodu Bordetella, kdy jsou narušené jejich antimikrobální funkce.[3] Intoxikace adenylát cyklázovým toxinem vede k posunu v polarizaci makrofágů z M1 (prozánětlivého) fenotypu k M2 (regulačnímu) fenotypu, a může dojít k jejich apoptóze.[3][7] Akumulace cAMP po intoxikaci adenylát cyklázovým toxinem také narušuje signalizaci přes IRF v dendritických buňkách, což snižuje produkci interleukinu 12. Interleukin 12 je důležitý pro polarizaci T-buněčné odpovědi.[7] Další efekty cAMP na dendritické buňky jsou taktéž nežádoucí pro imunitní odpověď. Ačkoli cAMP stimuluje migraci dendritických buněk do lymfatických uzlin, zároveň snižuje jejich schopnost interakce s T-buňkami a schopnost prezentovat antigeny. Toto působí tolerogenním způsobem na T-buněčnou populaci.[7]