Вчені знайшли слабке місце токсину кишкової бактерії
Поширена кишкова бактерія Bacteroides fragilis живе в кишечнику кожного п'ятого здорового людини і сама по собі не означає хвороби. Але окремі її штами виробляють токсин BFT, який руйнує захисний бар'єр товстої кишки, підтримує запалення і сприяє росту пухлин. Тепер дослідники з Онкологічного центру Кіммела при Університеті Джонса Гопкінса знайшли, за що саме цей токсин чіпляється до клітин, і вже перевірили спосіб його перехопити.
Зв'язок токсину з пухлинами кишки відомий давно. Ще у 2009 році команда під керівництвом професорки Синтії Сірс показала в журналі Nature Medicine, що BFT сприяє утворенню пухлин товстої кишки. Було також відомо, що токсин розрізає білок Е-кадгерин, який утримує сусідні клітини разом і зберігає цілісність кишкового бар'єра. Коли цей білок пошкоджено, бар'єр слабшає, і шкідливі речовини та бактерії легше дістаються до тканин.
Загадкою лишався перший крок. Токсин не чіплявся до Е-кадгерину напряму, тож мало існувати щось інше, що допомагає йому дістатися цілі. Роками знайти цю ланку не вдавалося, і саме вона, як з'ясувалося, виявилася найслабшим місцем усієї атаки.
Відповідь дав скринінг із вимкненням генів
Щоб знайти відсутню ланку, аспірант Максвелл Вайт із лабораторії Сірс разом із колегами з Гарвардської медичної школи застосував технологію CRISPR. Дослідники по черзі вимикали гени в клітинах епітелію товстої кишки і дивилися, без яких із них токсин втрачає здатність чіплятися і шкодити. Один ген виділився різко і без конкурентів.
Цей ген відповідає за білок клаудин-4. У нормі клаудин-4 допомагає клітинам утворювати щільні з'єднання, своєрідні ущільнювачі, які обмежують рух речовин між клітинами і тримають кишковий бар'єр. Коли ген клаудину-4 вимкнули, токсин більше не міг прикріпитися до клітин кишки, а без цього першого кроку він не діставав і до Е-кадгерину. Отже, клаудин-4 виявився рецептором, обов'язковою точкою посадки токсину.
Результат здивував навіть авторів. Вони очікували знайти білок, пов'язаний із клітинною сигналізацією, а знайшли будівельний елемент бар'єра. Додатково структурні біологи з Інституту молекулярної біології в Барселоні показали, що токсин і клаудин-4 справді зв'язуються напряму й міцно: одна молекула токсину з'єднується з однією молекулою рецептора. Іншого токсину з таким механізмом дії у літературі команда не знайшла.
Молекула-приманка перехопила токсин у мишей
Знання точки посадки одразу підказало ідею захисту. Якщо токсину потрібен саме клаудин-4, його можна обдурити схожою мішенню. Дослідники створили розчинний білок-приманку з фрагментами клаудину-4, який притягує токсин, але не дає йому атакувати стінку кишки.
Разом із лабораторією Міна Донга з Гарвардської медичної школи приманку перевірили на мишах. Токсин зв'язувався з білками-приманками замість рецепторів на клітинах кишки, і тварини були захищені від пошкоджень, які зазвичай спричиняє BFT. Стратегія б'є по самому першому кроку атаки, а не намагається лагодити шкоду після того, як вона сталася.
Автори вже шукають, як зробити захист практичнішим: малі молекули, які легше перетворити на ліки, або вдосконалені біологічні препарати на основі білків. Роботу опубліковано в журналі Nature, її частково підтримали Національні інститути здоров'я США.
Що це відкриття поки не означає
Обережність тут важлива. Дослідники довели, що токсин чіпляється за клаудин-4 і що блокування цього зв'язку захищає мишей від пошкодження тканин. Але вони не показали, що приманка запобігає раку товстої кишки, і до випробувань на людях ще далеко.
Не розв'язано й точну тривимірну структуру пари токсин-рецептор: навіть сучасні інструменти штучного інтелекту на кшталт AlphaFold не змогли її повністю відтворити. Розуміння цієї структури допомогло б точніше проєктувати сполуки, які не пускають токсин до клітин.
Та головну загадку, що трималася з 2009 року, закрито. Тепер відомо, де саме токсин робить перший крок, а отже, з'явилася конкретна мішень для майбутніх способів захисту кишки, профілактики колоректального раку і лікування хвороб, пов'язаних із бактеріальними токсинами.