Os cientistas descobriram como uma toxina produzida por uma bactéria intestinal comum ganha acesso às células do cólon, resolvendo um mistério que tem confundido os investigadores há mais de 15 anos. A descoberta não só explica como a toxina começa a danificar o cólon, mas também aponta para uma nova forma potencial de bloquear os seus efeitos antes que contribuam para o cancro colorrectal.
As descobertas vêm de uma equipe multiinstitucional liderada por pesquisadores do Johns Hopkins Kimmel Cancer Center Bloomberg ~ Kimmel Institute for Cancer Immunotherapy e da Johns Hopkins University School of Medicine. Publicado em a naturezaEstudos mostram que a toxina, conhecida como BFT e produzida por Bacteroides é frágilDeve primeiro ligar-se a uma proteína hospedeira chamada claudina-4 antes de poder atacar as células do cólon. A pesquisa foi apoiada em parte pelos Institutos Nacionais de Saúde.
“Fizemos várias tentativas ao longo do tempo para identificar o receptor, então este é um momento emocionante”, disse a autora sênior Cynthia Sears, MD, Bloomberg ~ Kimmel Professora de Imunoterapia contra o Câncer e Professora de Medicina na Johns Hopkins. “Compreender como funcionam as toxinas bacterianas pode abrir portas a novas abordagens ao diagnóstico e terapia de doenças relacionadas, incluindo diarreia, cancro colorrectal e infecções da corrente sanguínea”.
Os receptores secretados dão às toxinas intestinais acesso às células do cólon
As descobertas da equipe já inspiraram uma estratégia promissora para bloquear a toxina. Os pesquisadores desenvolveram um chamariz molecular que inibe com sucesso o BFT em modelos animais, evitando que danifique o cólon.
Bacteroides é frágil Até 20% são encontrados em pessoas saudáveis, mas certas cepas podem causar inflamação no cólon e promover o crescimento de tumores. Pesquisas anteriores do laboratório da Sears mostraram que o BFT causa inflamação crônica ao cortar a E-caderina, uma proteína que ajuda a manter a barreira protetora do cólon. isso antes A medicina da natureza Estudos também mostraram que a atividade da toxina impulsiona a formação de tumores no cólon.
Uma questão importante não foi respondida. Não foi demonstrado que o BFT se liga diretamente à E-caderina, sugerindo que outra molécula primeiro ajudou a toxina a obter acesso ao seu alvo.
A tela CRISPR revela o elo perdido
Para identificar a peça que faltava, Maxwell White, MD/Ph.D. candidato no laboratório da Sears, liderou um esforço de triagem genômica CRISPR em colaboração com o laboratório de Matthew Waldor na Harvard Medical School.
Os pesquisadores inativaram sistematicamente genes individuais nas células epiteliais do cólon para determinar quais eram necessários para que a toxina funcionasse. Uma proteína se destaca imediatamente: claudina-4. Quando a claudina-4 é removida, o BFT não consegue mais se ligar às células, deixando a E-caderina intacta.
“Demorou um pouco para que o ensaio funcionasse e o método fosse validado, mas assim que conseguimos fazer a triagem, a claudina-4 foi um sucesso claro e retumbante”, diz White. “Foi um momento emocionante.”
A descoberta surpreendeu os pesquisadores. Sears disse que muitos cientistas esperavam que o receptor fosse uma proteína sinalizadora, como um receptor de proteína acoplado a G, mas a claudina-4 pertence a uma classe diferente de proteína. Uma revisão de estudos anteriores também não conseguiu descobrir outra toxina que se comportasse de forma semelhante. A maioria das toxinas proteases ligam-se diretamente às moléculas que atacam, em vez de primeiro se ligarem a um receptor separado.
Cientistas confirmaram o alvo molecular da toxina
Para verificar a interação, os pesquisadores da Johns Hopkins, do Instituto de Biologia Molecular de Barcelona, o biólogo estrutural F. colaboraram com Xavier Gomes-Ruth e Ulrich Eckhardt.
Usando técnicas biofísicas, a equipe de White e Barcelona mostrou que o BFT e a claudina-4 formam um complexo um-para-um fortemente ligado em experimentos de laboratório. Isto fornece a primeira evidência física direta de que a toxina se liga ao receptor antes de danificar as células do cólon.
Os pesquisadores então testaram suas descobertas em sistemas vivos em colaboração com o laboratório de Min Dong na Harvard Medical School. Trabalhando com Kang Wang e colegas, eles testaram como o veneno se comportava em modelos de ratos.
Isca molecular protege ratos de toxinas entéricas
A equipe criou uma versão solúvel da claudina-4 que atua como isca, exibindo partes do receptor normalmente reconhecido pela toxina. Em vez de se ligar às células do cólon, o BFT se liga a proteínas chamariz.
Esta estratégia protegeu com sucesso os ratos contra danos no cólon induzidos por BFT.
“Esta abordagem pode ser repetida com pequenas moléculas ou outros produtos biológicos que tenham propriedades farmacológicas”, disse White. A equipe está agora investigando qual tipo de terapia pode ser mais eficaz no bloqueio da toxina.
A questão ainda permanece
Embora os investigadores tenham identificado o receptor e demonstrado que ele se liga fortemente ao BFT, um desafio importante permanece sem solução. Eles ainda não capturaram a estrutura experimental exata de como a toxina e a claudina-4 se encaixam.
As atuais ferramentas de modelagem de inteligência artificial, incluindo AlphaFold, não conseguiram resolver totalmente a interação.
Autores adicionais do artigo incluem Jason Chen, Shaoguang Wu, Abby L. Estes incluem Jessica Quinn e Halong Zhang da Geiss e Johns Hopkins, Karthik Hullalli e Ji Zhang da Harvard Medical School.
O estudo foi apoiado pelo Instituto Bloomberg~Kimmel de Imunoterapia contra o Câncer, Janssen Research and Development, Cancer Research UK, National Institutes of Health (números de concessão R01 AI042347, R01 NS080833, R01 NS117626, R01 AI170835 e R01 AI170835 e R01 AI170835 e R01 AI170835) foram apoiados. Instituto.
A Sears recebe royalties por escrever e revisar para o UpToDate. Este acordo é gerido pela Universidade Johns Hopkins de acordo com a sua política de conflito de interesses.
