Οι επιστήμονες αποκάλυψαν πώς μια τοξίνη που παράγεται από ένα κοινό βακτήριο του εντέρου αποκτά πρόσβαση στα κύτταρα του παχέος εντέρου, λύνοντας ένα μυστήριο που μπερδεύει τους ερευνητές για περισσότερα από 15 χρόνια. Η ανακάλυψη όχι μόνο εξηγεί πώς η τοξίνη αρχίζει να βλάπτει το παχύ έντερο, αλλά επισημαίνει επίσης έναν πιθανό νέο τρόπο για να μπλοκάρει τα αποτελέσματά της πριν συμβάλουν στον καρκίνο του παχέος εντέρου.
Τα ευρήματα προέρχονται από μια πολυϊδρυματική ομάδα με επικεφαλής ερευνητές στο Johns Hopkins Kimmel Cancer Center Bloomberg ~ Kimmel Institute for Cancer Immunotherapy και την Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου Johns Hopkins. Δημοσιεύτηκε στο η φύσηΜελέτες δείχνουν ότι η τοξίνη, γνωστή ως BFT και παράγεται από Το Bacteroides είναι εύθραυστοΠρέπει πρώτα να συνδεθεί με μια πρωτεΐνη-ξενιστή που ονομάζεται claudin-4 πριν μπορέσει να επιτεθεί στα κύτταρα του παχέος εντέρου. Η έρευνα υποστηρίχθηκε εν μέρει από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας.
«Έχουμε κάνει αρκετές προσπάθειες με την πάροδο του χρόνου για να αναγνωρίσουμε τον υποδοχέα, επομένως αυτή είναι μια συναρπαστική στιγμή», δήλωσε η ανώτερη συγγραφέας Cynthia Sears, MD, Bloomberg ~ Kimmel Καθηγήτρια Ανοσοθεραπείας Καρκίνου και Καθηγήτρια Ιατρικής στο Johns Hopkins. «Η κατανόηση του τρόπου λειτουργίας των βακτηριακών τοξινών θα μπορούσε να ανοίξει την πόρτα σε νέες προσεγγίσεις για τη διάγνωση και τη θεραπεία σχετικών ασθενειών, όπως η διάρροια, ο καρκίνος του παχέος εντέρου και οι λοιμώξεις του αίματος».
Οι εκκρινόμενοι υποδοχείς δίνουν στις τοξίνες του εντέρου πρόσβαση στα κύτταρα του παχέος εντέρου
Τα ευρήματα της ομάδας έχουν ήδη εμπνεύσει μια πολλά υποσχόμενη στρατηγική για τον αποκλεισμό της τοξίνης. Οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα μοριακό δόλωμα που αναστέλλει με επιτυχία το BFT σε ζωικά μοντέλα, εμποδίζοντάς το να βλάψει το κόλον.
Το Bacteroides είναι εύθραυστο Έως και 20% βρίσκονται σε υγιείς ανθρώπους, αλλά ορισμένα στελέχη μπορούν να προκαλέσουν φλεγμονή στο παχύ έντερο και να προάγουν την ανάπτυξη του όγκου. Προηγούμενη έρευνα από το εργαστήριο του Sears έδειξε ότι το BFT προκαλεί χρόνια φλεγμονή κόβοντας την E-cadherin, μια πρωτεΐνη που βοηθά στη διατήρηση του προστατευτικού φραγμού του παχέος εντέρου. ότι πριν Το φάρμακο της φύσης Μελέτες έχουν επίσης δείξει ότι η δραστηριότητα των τοξινών οδηγεί στο σχηματισμό όγκων του παχέος εντέρου.
Ένα σημαντικό ερώτημα δεν απαντήθηκε. Το BFT δεν αποδείχθηκε ότι συνδέεται απευθείας με την Ε-καντερίνη, υποδηλώνοντας ότι ένα άλλο μόριο βοήθησε πρώτα την τοξίνη να αποκτήσει πρόσβαση στον στόχο της.
Η οθόνη CRISPR αποκαλύπτει τον κρίκο που λείπει
Για να αναγνωρίσει αυτό το κομμάτι που λείπει, ο Maxwell White, MD/Ph.D. υποψήφιος στο εργαστήριο Sears, ηγήθηκε μιας προσπάθειας γονιδιωματικού ελέγχου CRISPR σε συνεργασία με το εργαστήριο του Matthew Waldor στην Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ.
Οι ερευνητές αδρανοποιούσαν συστηματικά μεμονωμένα γονίδια στα επιθηλιακά κύτταρα του παχέος εντέρου για να προσδιορίσουν ποια απαιτούνταν για να λειτουργήσει η τοξίνη. Μία πρωτεΐνη ξεχωρίζει αμέσως: claudin-4. Όταν αφαιρεθεί το claudin-4, το BFT δεν μπορεί πλέον να προσκολληθεί στα κύτταρα, αφήνοντας ανέπαφη την E-cadherin.
«Χρειάστηκε λίγος χρόνος για να λειτουργήσει η ανάλυση και να επικυρωθεί η μέθοδος, αλλά μόλις μπορέσαμε να εξετάσουμε, το claudin-4 ήταν μια ξεκάθαρη, ηχηρή κορυφαία επιτυχία», λέει ο White. «Ήταν μια συναρπαστική στιγμή».
Η ανακάλυψη εξέπληξε τους ερευνητές. Ο Sears είπε ότι πολλοί επιστήμονες περίμεναν ότι ο υποδοχέας θα είναι μια πρωτεΐνη σηματοδότησης, όπως ένας υποδοχέας πρωτεΐνης συζευγμένου με G, αλλά η claudin-4 ανήκει σε διαφορετική κατηγορία πρωτεΐνης. Μια ανασκόπηση προηγούμενων μελετών απέτυχε επίσης να αποκαλύψει άλλη τοξίνη που συμπεριφέρεται παρόμοια. Οι περισσότερες τοξίνες πρωτεάσης συνδέονται απευθείας με τα μόρια που επιτίθενται αντί να προσκολλώνται πρώτα σε έναν ξεχωριστό υποδοχέα.
Οι επιστήμονες επιβεβαίωσαν τον μοριακό στόχο της τοξίνης
Για να επαληθεύσουν την αλληλεπίδραση, οι ερευνητές του Johns Hopkins στο Ινστιτούτο Μοριακής Βιολογίας στη Βαρκελώνη, ο δομικός βιολόγος F. συνεργάστηκε με τους Xavier Gomes-Ruth και Ulrich Eckhardt.
Χρησιμοποιώντας βιοφυσικές τεχνικές, η ομάδα White και Barcelona έδειξε ότι το BFT και η claudin-4 σχηματίζουν ένα στενά συνδεδεμένο σύμπλεγμα ένα προς ένα σε εργαστηριακά πειράματα. Αυτό παρέχει την πρώτη άμεση φυσική απόδειξη ότι η τοξίνη συνδέεται με τον υποδοχέα πριν καταστρέψει τα κύτταρα του παχέος εντέρου.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές δοκίμασαν τα ευρήματά τους σε ζωντανά συστήματα σε συνεργασία με το εργαστήριο του Min Dong στην Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ. Σε συνεργασία με τον Kang Wang και τους συνεργάτες του, δοκίμασαν πώς συμπεριφέρθηκε το δηλητήριο σε μοντέλα ποντικιών.
Το μοριακό δόλωμα προστατεύει τα ποντίκια από τις εντερικές τοξίνες
Η ομάδα δημιούργησε μια διαλυτή εκδοχή του claudin-4 που δρα ως δόλωμα εμφανίζοντας τμήματα του υποδοχέα που κανονικά αναγνωρίζονται από την τοξίνη. Αντί να συνδέεται με τα κύτταρα του παχέος εντέρου, το BFT συνδέεται με τις πρωτεΐνες δόλωμα.
Αυτή η στρατηγική προστάτευσε επιτυχώς τα ποντίκια από βλάβη του παχέος εντέρου που προκαλείται από το BFT.
«Αυτή η προσέγγιση μπορεί να επαναληφθεί με μικρά μόρια ή άλλα βιολογικά που έχουν φαρμακολογικές ιδιότητες», είπε ο White. Η ομάδα διερευνά τώρα ποιος τύπος θεραπείας μπορεί να είναι πιο αποτελεσματικός στον αποκλεισμό της τοξίνης.
Το ερώτημα παραμένει ακόμα
Αν και οι ερευνητές έχουν εντοπίσει τον υποδοχέα και έχουν δείξει ότι συνδέεται στενά με το BFT, μια σημαντική πρόκληση παραμένει άλυτη. Δεν έχουν ακόμη καταγράψει την ακριβή πειραματική δομή του τρόπου με τον οποίο η τοξίνη και η claudin-4 ταιριάζουν μεταξύ τους.
Τα τρέχοντα εργαλεία μοντελοποίησης τεχνητής νοημοσύνης, συμπεριλαμβανομένου του AlphaFold, δεν μπόρεσαν να επιλύσουν πλήρως την αλληλεπίδραση.
Πρόσθετοι συγγραφείς της εργασίας περιλαμβάνουν τους Jason Chen, Shaoguang Wu, Abby L. Αυτοί περιλαμβάνουν την Jessica Quinn και τον Halong Zhang των Geiss and Johns Hopkins, Karthik Hullalli και Ji Zhang στην Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ.
Η μελέτη υποστηρίχθηκε από το Bloomberg~Kimmel Institute for Cancer Immunotherapy, Janssen Research and Development, Cancer Research UK, National Institutes of Health (αριθμοί επιχορήγησης R01 AI042347, R01 NS080833, R01 NS117626, R01 AI170831 και R0850 και R085AI R01 AI170835) υποστηρίχθηκαν. Ινστιτούτο.
Η Sears λαμβάνει δικαιώματα για τη σύνταξη και την κριτική για το UpToDate. Αυτή η συμφωνία διαχειρίζεται το Πανεπιστήμιο Johns Hopkins σύμφωνα με την πολιτική σύγκρουσης συμφερόντων.
