Pertussis-Toxin

Das Pertussis-Toxin ist ein sogenanntes AB-Toxin, d.h. es umfasst zwei verschiedene funktionelle Domänen:

• A-Domäne: ist enzymatisch aktiv und katalysiert im Zytosol die ADP-Ribosylierung.
• B-Domäne: vermittelt die Membranbindung und Translokation der A-Domäne in das Zytosol.

Das Molekulargewicht des Toxins beträgt rund 105 kDa. Es besteht aus fünf Untereinheiten (S1 bis S5), wobei die S4-Untereinheit zweimal vertreten ist. Die enzymatisch aktive A-Domäne wird durch die S1-Untereinheit gebildet. Sie fungiert als ADP-Ribosyltransferase. Die restlichen Untereinheiten formen die B-Domäne.

Das Pertussis-Toxin wird vom Bakterium Bordetella pertussis gebildet. Nach aerogener Übertragung bindet der Erreger an das Flimmerepithel des Respirationstrakts und setzt dort Toxine und weiteren Virulenzfaktoren frei.

Die zelluläre Aufnahme des Pertussis-Toxins erfolgt dabei über Rezeptor-vermittelte Endozytose. Daraufhin wird das Toxin über das trans-Golgi-Netzwerk des Golgi-Apparats retrograd in das endoplasmatische Retikulum (ER) transportiert. Dort erfolgt die Dissoziation der A-Domäne von der B-Domäne. Mithilfe der B-Domäne kann nun die Translokation der A-Domäne (S1-Untereinheit) über die Membran des ER in das Zytosol stattfinden.

Die S1-Untereinheit wirkt enzymatisch, indem sie zunächst die Spaltung von NAD⁺ in Nicotinamid und ADP-Ribose katalysiert. Anschließend wird die so frei gewordene ADP-Ribose auf einen Cysteinrest der α-Untereinheit eines heterotrimeren G_i- Proteins übertragen (ADP-Ribosylierung). Die Ribosylierung von regulatorisch wirksamen G-Proteinen führt zu einer Änderung ihres Konformationszustandes - sie werden dadurch inaktiviert. Die zuvor bestehende Hemmung der Adenylatzyklase wird demnach durch die ADP-Ribosylierung aufgehoben. Dies hat einen Anstieg des intrazellulären cAMP-Spiegels und eine damit einhergehende gestörte Signaltransduktion der Zelle zur Folge.

Das Pertussis-Toxin beeinflusst das angeborene Immunsystem. Es verhindert durch die Blockade der zellulären Signalwege die frühe Bildung von Chemokinen, welche die Chemotaxis neutrophiler Granulozyten und Makrophagen in das infizierte Gewebe auslösen. Dadurch gelingt dem Erreger eine Immunevasion.