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 possível nova forma de bloquear os seus efeitos antes que promova o desenvolvimento do cancro colorrectal.
As descobertas são de uma equipe multiinstitucional liderada por pesquisadores do Instituto Johns Hopkins Kimmel de Imunoterapia contra o Câncer, do Instituto Johns Hopkins de Imunoterapia contra o Câncer e da Escola de Medicina da Universidade Johns Hopkins. Publicado em Naturezapesquisa mostra que uma toxina conhecida como BFT é produzida Bacteroides fragilisdeve primeiro se ligar a uma proteína hospedeira chamada claudina-4 antes de poder danificar as células do cólon. A pesquisa foi apoiada em parte pelos Institutos Nacionais de Saúde.
“Durante muito tempo, fizemos várias tentativas para identificar o receptor, então este é um momento emocionante”, disse a autora sênior Cynthia Sears, médica, professora de imunoterapia contra o câncer da Bloomberg ~ Kimmel e professora de medicina da Johns Hopkins. “Compreender como funcionam as toxinas bacterianas pode abrir portas a novas abordagens para detectar e tratar comorbilidades, incluindo diarreia, cancro colorrectal e infecções sanguíneas”.
O receptor oculto fornece acesso da toxina intestinal às células do cólon
As descobertas da equipe já inspiraram uma estratégia promissora para bloquear a toxina. Os pesquisadores desenvolveram uma isca molecular que intercepta com sucesso o BFT em modelos animais, evitando que ele danifique o cólon.
Bacteroides fragilis encontrado em até 20% das pessoas saudáveis, mas algumas cepas podem causar inflamação no cólon e promover o crescimento de tumores. Pesquisas anteriores do laboratório Sears mostraram que o BFT causa inflamação crônica ao reduzir a E-caderina, uma proteína que ajuda a manter a barreira protetora do cólon. Isso é antes Medicina natural o estudo também mostrou que a atividade da toxina causa a formação de tumor no cólon.
Uma questão principal permaneceu sem resposta. O BFT não parece se ligar diretamente à E-caderina, sugerindo que outra molécula ajudou primeiro a toxina a obter acesso ao seu alvo.
A tela CRISPR mostra o elo perdido
Para identificar esta peça que faltava, Maxwell White, MD/Ph.D. candidato no laboratório da Sears, liderou a tela CRISPR de todo o genoma em colaboração com o laboratório de Matthew Walder na Harvard Medical School.
Os pesquisadores desligaram sistematicamente genes individuais nas células epiteliais do cólon para determinar quais eram necessários para que a toxina funcionasse. Uma proteína se destacou imediatamente: claudina-4. Quando a claudina-4 foi removida, o BFT não conseguiu mais se ligar às células, deixando a E-caderina intacta.
“Levou algum tempo para colocar o ensaio em funcionamento e validar a abordagem, mas assim que conseguimos executar o ensaio, Claudin-4 foi um sucesso claro e retumbante”, diz White. “Foi um momento emocionante.”
A descoberta surpreendeu os pesquisadores. Sears diz que muitos cientistas esperavam que o receptor fosse uma proteína sinalizadora como o receptor da proteína acoplada ao G, mas a claudina-4 pertence a uma classe diferente de proteínas. Uma revisão de estudos anteriores também não conseguiu identificar outra toxina que se comportasse da mesma maneira. A maioria das toxinas proteases ligam-se diretamente às moléculas que atacam, em vez de primeiro se ligarem a um receptor individual.
Cientistas confirmaram o alvo molecular da toxina
Para testar a interação, os pesquisadores da Johns Hopkins se uniram aos biólogos estruturais F. Xavier Gomis-Ruth e Ulrich Eckhardt, do Instituto de Biologia Molecular de Barcelona.
Usando técnicas biofísicas, White e uma equipe de Barcelona mostraram que o BFT e a claudina-4 formam um complexo fortemente ligado entre si em experimentos de laboratório. Isto forneceu a primeira evidência física direta de que a toxina se liga ao receptor antes de danificar as células do cólon.
Os pesquisadores então testaram seus resultados em sistemas vivos em colaboração com o laboratório de Min Dong na Harvard Medical School. Trabalhando com Kang Wang e seus colegas, eles estudaram como a toxina se comportava em modelos de camundongos.
Isca molecular protege ratos de toxinas intestinais
A equipe criou uma versão solúvel da claudina-4 que atuou 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 dos danos no cólon induzidos por BFT.
“Esta abordagem pode ser replicada com pequenas moléculas ou outros produtos biológicos que tenham melhores propriedades farmacológicas”, diz White. A equipe está agora investigando quais tipos de terapia podem ser mais eficazes no bloqueio da toxina.
As perguntas ainda permanecem
Embora os investigadores tenham identificado o receptor e demonstrado que este se liga firmemente ao BFT, uma questão importante permanece por resolver. Eles ainda não descobriram a estrutura experimental exata que mostra exatamente como a toxina e a claudina-4 se encaixam.
As ferramentas atuais de modelagem de IA, incluindo AlphaFold, não foram capazes de resolver totalmente a interação.
Outros autores do artigo incluem Jason Chen, Shaoguang Wu, Abby L. Geiss e Jessica Quinn da Johns Hopkins, e Hailong Zhang, Kartik Hulahali e Jie Zhang da Harvard Medical School.
O estudo foi apoiado pelo Instituto de Imunoterapia contra o Câncer Bloomberg~Kimmel, Janssen Research and Development, Cancer Research UK, os Institutos Nacionais de Saúde (números de concessão R01 AI042347, R01 NS080833, R01 NS117626, R01 AI170835 e R01 AI189789) e o Howard Hughes Medical Institute. instituto médico.
A Sears recebe taxas de redação e revisão do UpToDate. Este acordo é administrado pela Universidade Johns Hopkins de acordo com sua política de conflito de interesses.
