bakterielle Toxine Institut für Toxikologie Ingo Just Medizinische Hochschule Hannover Dieses Handout ist nur für den Gebrauch im DGPT-Weiterbildungskurs in Göttingen 2014 bestimmt. Wirkung der bakteriellen Toxine auf die eukaryonte Zelle extrazelluläre Wirkung Liganden intrazelluläre Wirkung Enzym Porenbildner Pore (Lipopolysaccharide) Superantigene hitzestabile Enterotoxine Tetrodotoxin -Toxin S. aureus Streptolysin O Endoproteasen ADP-Ribosyltransferasen N-Glycosidasen A - B Toxine Poren-bildende Toxine -Toxin from Staphylococcus aureus binding to ADAM-10 metalloprotease oligomerization insertion Freisetzung pro-inflammatorischer Mediatoren Störung des intrazellulären Milieus Zelltod 1 Liganden: Lipopolysaccharid (LPS) LPS: hitzestabil, kann nicht durch Autoklavieren inaktiviert werden Gram neg. Bakterien TNF-, Interleukine, PG, LT, NO, O2- Symptome: hohes Fieber, Leukopenie, entzündliche Gefäßveränderungen Aktivierung der Blutgerinnung Endotoxin-Schock TLR: toll-like receptors Liganden: Tetrodotoxin bakterielles Neurotoxin Blockade spannungsabh. Na+-Kanäle Wirkung wie Lokalanästhetika Vorkommen: Kugelfisch (Fugu) gebildet von Pseudomonaden LD 1 mg Bakterielle Toxine: zelluläre Aufnahme trip toxinsenzymatically active A -short B toxins: long trip toxins binding and transport Adenylyl-Cyclase B. pertussis Anthrax Toxin Diphtheria Toxin Botulinum Toxins Cholera Toxin Pertussis Toxin Shiga Toxin 2 Diphtherie-Toxin Diphtherie Corynebacterium diphtheriae Symptome: Pseudomembranen im Rachen Erstickungsgefahr Myocarditis Spättod durch Herzversagen Neuropathie Diagnose: Therapie: klin. Bild / bakteriologisch Diphtherie-Antitoxin, Penicillin S-S EnzymKomponente TransportKomponente Diphtherie-Toxin aa aa aa aa aa aa aa aa-tRNA aa aa ADP-Ribose aa aa OH aa OH aa EF-2 mRNA AUG CUG CUC AUG CUG CUC Ribosomen EF-2 Elongationsfaktor 2 Hemmung der Proteinbiosynthese Zelltod Therapeutischer Einsatz von Diphtherie-Toxin S-S EnzymKomponente TransportKomponente antineoplastische Therapie Apoptose von Krebszellen targeting: IL-2 Rezeptor auf T/B-Zellen Stopp der Proteinbiosynthese: ADP-Ribosylierung von EF-2 S-S Denileukin Diftitox Ontak® EnzymKomponente IL-2 3 Mode of action of Shiga Toxin Shigella dysenteriae E. coli (EHEC) Durchfall hämolytisch-urämisches Syndrom Shiga-Toxin N-Glykosidase Deadenylierung von 28 rRNA Nierenversagen Abfall der Plättchenzahl Neurolog. Symptome Cholera Toxin Cholera Vibrio cholerae Symptome: Brech-Durchfall Flüssigkeitsverlust Kollaps Diagnose: Therapie: bakteriologisch Rehydratation, Antibiose (Azithromycin) S_S Rezeptor Rezeptor G-Protein Gs G-Protein Gs G-Protein Gs G-Protein Gs Cholera Toxin ADP-Ribose c-AMP c-AMP Cl- Sekretion - Cl- ClCl- Cl- H2O Na+ H2O Na+ Cl- Cl - A H2O CFTR GM1 P P Cl - A1 cA Kinase ADP-Ribose ADP-Ribose cAMP ATP cAMP cAMP cAMP ATP Gs GTP Adenylyl Cyclase CFTR: cystic fibrosis conductance regulator 4 Anthrax-Toxine Milzbrand (Anthrax) Symptome: Zoonose Bacillus anthracis Mensch Haut-, Lungen- Darmmilzbrand Diagnose: klin. Bild / bakteriologisch Therapie: Ciprofloxacin / Doxycyclin für 60 d Anthrax-Toxin Letaler Faktor Ödematisierender Faktor PA protektives Antigen Anthrax-Toxine ödematisierendes Toxin: PA + EF letales Toxin: PA + LF LF ATP Calmodulin Ca2+ MAPKK EF cAMP Ödembildung Hemmung der Phagezytose Macrophagen: Apoptose bei Zelllyse proimmatorische Zytokine Paralyse des Immunsystem ungehemmte Ausbreitung der Infektion Clostridiale Neurotoxine Clostridium botulinum Neurotoxine A B C1 D E F G mit Hämagglutininen assoziiert 300-900 kDa C. tetanus Toxin C- Bindung und Aufnahme S Struktur S N- Zn-Protease Nicking Botulismus: schlaffe Lähmung Tetanus: spastische Lähmung 5 Botulismus Ptosis Diplopie Dysarthrie Dysphagie keine Bewusstseinstrübung schnell fortschreitende, symmetrische, absteigende Lähmung Foodborn botulism The infant looks “floopy” Intoxikation Infektion Botulinum neurotoxin and Tetanus toxin, edited by L.L. Simpson, Academic Press 1989 Tetanus Prophylaxe Sir Charles Bell, 1774-1814 Therapie ? Neugeborenentetanus New Engl J Med 347:382 (2002) 6 Rückenmark Clostridiale Neurotoxine-Wirkmechanismus cholinerges Neuron + - proteolytische Spaltung von inhibitorisches Interneuron proteolytische Spaltung von TeNT SNARE-Proteinen Hemmung der AcetylcholinFreisetzung Synaptobrevin Hemmung der Glycin-, GABA-Freisetzung BoNT motorische Endplatte Therapeutischer Einsatz von Botulinum Neurotoxin A Ind. Therapie von Dystonien (Blepharospasmus) Spastizität (nach Apoplex, neurogene Inkontinenz) Strabismus live style drug: Antifaltenmittel Dosis U UAW: Lähmung benachbarter Muskelgruppen lokale Reiz- und Entzündungszeichen Antikörperbildung (= LD50 der Maus) bioterroristische Waffe? Bakterielle Toxine therapeutischer Ansatz: Impfung Virulenzfaktor zellbiologisches Werkzeug Cholera Toxin / Pertussis Toxin heterotrimere G-Proteine Botulinum Toxin Exozytose-Vorgänge Streptolysin / -Toxin Porenbildner therapeutischer Einsatz Botulinum Toxin A: fokale Dystonien Immunotoxine (Diph-Tox + IL-2) bioterroristische Waffen Botulinum Neurotoxine Anthrax Toxine Dieses Handout ist nur für den Gebrauch im DGPT-Weiterbildungskurs in Göttingen 2014 bestimmt. 7