Cercetătorii identifică modul în care toxina bacteriană afectează celulele intestinale și contribuie la cancer
O echipă de cercetători a descoperit mecanismul prin care o toxină secretată de bacteria intestinală Bacteroides fragilis provoacă formarea tumorilor colonice, având potențialul de a conduce la cancer colorectal.
Conform unui studiu publicat pe 22 aprilie în revista Nature, cercetătorii de la Johns Hopkins Kimmel Cancer Center Bloomberg-Kimmel Institute for Cancer Immunotherapy și Johns Hopkins University School of Medicine au identificat legătura esențială. Toxina BFT a bacteriei B. fragilis trebuie să se lege de receptorul claudin-4 al gazdei pentru a provoca daune. Această cercetare a fost susținută parțial de National Institutes of Health.
Cynthia Sears a declarat: „Am făcut mai multe încercări în timp pentru a identifica receptorul, așa că acesta este un moment incitant. Înțelegerea modului în care funcționează toxinele bacteriene poate deschide uși către noi abordări pentru detectarea și tratamentul bolilor asociate, inclusiv diareea, cancerul colorectal și infecțiile în sânge.”
Descoperirea a condus deja la dezvoltarea unei capcane moleculare care a reușit să blocheze efectele toxinei în modele animale, oferind o strategie potențială pentru prevenirea daunelor cauzate de B. fragilis în colon.
B. fragilis poate fi detectată la până la 20% dintre persoanele sănătoase și are o capacitate puternică de a induce inflamația colonului și formarea tumorilor. Lucrările anterioare din laboratorul lui Sears au demonstrat că BFT provoacă inflamații cronice în intestin prin divizarea E-cadherin, o proteină esențială pentru menținerea barierei protective a colonului. Într-un studiu anterior publicat în Nature Medicine, Sears și colegii săi au arătat că acțiunea BFT duce la formarea tumorilor colonice, dar BFT nu părea să se atașeze direct de E-cadherin. Un alt mecanism, mai greu de identificat, părea să fie implicat.
Identificarea acestui mecanism a început cu un screening CRISPR la scară genomică condus de Maxwell White, un candidat M.D./Ph.D. în laboratorul lui Sears, în colaborare cu laboratorul lui Matthew Waldor de la Harvard Medical School. Prin eliminarea sistematică a genelor din celulele epiteliale colonice, White și colegii săi din laboratorul lui Waldor au identificat claudin-4 ca fiind legătura. Atunci când claudin-4 a fost eliminat, toxina BFT nu a mai putut să se lege de celule, lăsând ținta E-cadherin neatinsă.
White a spus: „A durat ceva timp să facem asayul să funcționeze și să validăm abordarea, dar odată ce am reușit să facem screeningul, claudin-4 a fost un rezultat clar și răsunător.” Identitatea receptorului a fost o surpriză, adaugă Sears, deoarece ea și alții din domeniu se așteptau ca receptorul să fie o proteină de semnalizare, cum ar fi un receptor cu proteine G, ceea ce claudin-4 nu este. Într-o revizuire a literaturii, echipa nu a putut identifica nicio altă toxină care să funcționeze în acest fel, deoarece majoritatea proteazelor merg direct la țintele lor, fără a se lega mai întâi de un receptor separat.
Pentru a confirma că toxina și receptorul se leagă fizic, echipa de la Johns Hopkins a colaborat cu biologi structurali F. Xavier Gomis-Rüth și Ulrich Eckhard de la Molecular Biology Institute din Barcelona. Folosind analize biofizice, White și grupul din Barcelona au demonstrat că BFT și claudin-4 formează un complex strâns, unul la unul, într-un tub de testare, oferind prima dovadă fizică a interacțiunii de legare.
Cercetarea a trecut apoi de la tubul de testare la sisteme vii printr-o colaborare cu laboratorul lui Min Dong de la Harvard Medical School. Împreună cu Kang Wang și colegii din laboratorul lui Dong, echipa a evaluat comportamentul toxinei în complexitatea mediului intestinal folosind modele pe șoareci.
Pentru a preveni legarea toxinei de celulele colonice, cercetătorii au creat o capcană claudin-4 — o proteină solubilă care prezenta secvențe de claudin-4. Astfel, BFT s-a legat de capcane în loc de receptor. Această strategie de capcană a reușit să protejeze șoarecii de daunele induse de BFT.
White a spus: „Această abordare ar putea fi îmbunătățită cu molecule mici sau alte biologice care au proprietăți farmacologice mai bune.” Echipa explorează acum care abordări moleculare ar putea fi cele mai de succes pentru a bloca toxina.
Cercetătorii subliniază că o parte din puzzle rămâne: deși echipa a identificat receptorul și a dovedit legarea, structura experimentală exactă a interacțiunii dintre BFT și claudin-4 nu a fost încă captată. Instrumentele actuale de modelare AI, cum ar fi AlphaFold, nu au reușit să rezolve complet interacțiunea.
