לִלמוֹד: פנילאצטיל גלוטמין הנוצר בחיידקים במעיים הוא מונון אלוסטרי אנדוגני של קולטנים אדרנרגיים β2. קרדיט תמונה: Explode / Shutterstock.com
מחקרים קליניים אחרונים העלו כי פנילאצטיל גלוטמין (PAGln), מטבוליט מיקרוביאלי חדשני במעיים, יכול לווסת באופן מכניסטי את הסיכון של חולים לפתח מחלות לב וכלי דם (CVD) ואי ספיקת לב (HF). במחקר שפורסם לאחרונה ב-tjournal תקשורת טבע, חוקרים בוחנים את המנגנונים המעורבים בקשר בין PAGln לתוצאות קרדיווסקולריות שליליות.
בחינת דרכים חדשות לטיפול ב-CVD
מחלות כרוניות שאינן מדבקות אחראיות לכמעט 75% ממקרי המוות ברחבי העולם. CVDs, HF ומחלות נלוות שלהם מהווים חלק ניכר מהתמותה האנושית, ובכך מדגישים את הצורך הדחוף בשיפור היכולות האבחוניות והטיפוליות הנוכחיות.
ככל שהמחקר מתקדם, הקשר בין תזונה, מיקרוביוטה במעיים ובריאות הציבור הולך וגובר. גוף הולך וגדל של ספרות מדגיש את הקשר בין מכלול חיידקים במעיים לבין תוצאות פסיכולוגיות, כולל השמנת יתר, סוכרת וסיכון ל-CVD.
השערה של PAGln בכמה מחקרים הייתה קשורה לאירועים קרדיווסקולריים שליליים. למעשה, מחקרים מסוימים אף השתמשו בריכוזים במחזור ובצואה של PAGln בתור פרוקסי לניבוי סיכון עתידי של CVD.
עם זאת, הקשרים והמנגנונים המעורבים בקשרים בין PAGln ו-CVD נותרו לא ברורים. אימות והבהרה של מנגנונים אלו עשויים לאפשר פיתוח של תרופות חדשות לניהול ומניעה של CVDs.
לגבי המחקר
מחקרים קודמים זיהו את פוטנציאל הקישור לקולטן האדרנרגי (AR) של PAGln, מה שמצביע על תפקידו הפוטנציאלי באפנון אלוסטרי. ARs הם קולטני מארח המעורבים במגוון רחב של תפקודים מטבוליים, הומאוסטטיים וקרדיווסקולריים קריטיים על פני הלב, רקמת השומן, הנוירונים וכלי הדם. המחקר הנוכחי שואף לאמת השערה זו ולזהות עוד יותר את מסלולי 'הכוונן' הרגולטורי המקשרים את PAGln לתוצאות CVD.
קו הכליה העוברית האנושית 293 (HEK293) שימשה לביטוי יציב של קו טרנסיקלין טרנסאקטיבטור (tTA) תלוי luciferase reporter (HTLA) ונגזרותיהם שעברו שינוי גנטי. כדי להעריך את ההשפעות האלוסטריות הפוטנציאליות של PAGln, תאים נחשפו לריכוזים גדלים של איזופרוטרנול ונוראפינפרין, שניהם אגוניסטים β. מבחני תגובה מחזוריים של אדנוזין מונופוספט (cAMP) שימשו כדי להעריך את יעילות הקישור של פנילאלנין ו-PAGln מקוריים ל-β1-HEK293, β2-HEK293, HTLA ו-HEK293.
כדי למדוד ויסות התמרה של קולטן חלבון G (GPCR), נערכו מבחני גיוס β-arrestin2 באמצעות תאי HTLA, ונמדדה זוהר יחסית. לאחר מכן, נערכו מבחני רדיולוגיה וקשירה כדי לאמת עוד יותר את הזיקה ל-GPCR ולהעריך את הביטוי היחסי שלו.
כדי לפקח באופן לא פולשני על אפנון אלוסטרי דינמי של ARs בעקבות טיפול PAGln, בוצעו מחקרי חלוקה מחדש של מסה דינמית (DMR) על תאי β2-HEK293 מוטנטים.
כדי לאשר אם אלה בַּמַבחֵנָה מבחנים ביוכימיים מתורגמים לתוצאות בעולם האמיתי, החוקרים ביצעו גם בדיקות תפקוד שרירי הלב על רקמה אפיקלית של חדר שמאל של חולי אי ספיקת לב ובדיקות התכווצות בקרדיומיוציטים של עכברים.
ממצאי המחקר
בדיקת cAMP גילתה כי PAGln הגביר את הייצור של תאי cAMP המבטאים קולטני β2AR אך לא קולטני β1AR. השפעה אגנוסטית זו נצפתה רק במהלך חשיפה חולפת חריפה של פחות מעשר דקות.
כדי לקבוע אם אינטראקציות אלו מתרחשות בתנאים פיזיולוגיים נורמליים, מבחן הגיוס β-arrestin2 שימש להערכת ההשפעות של PAGln כמאפנן אלוסטרי שלילי (NAM) עם או בלי חשיפה מוקדמת לאגוניסטים β. חשיפה ל-PAGln למשך 15 דקות או יותר, ולאחר מכן טיפול ב-β-אגוניסטים למשך 10 דקות, הובילו לתוצאות דומות שהושגו במהלך בדיקת cAMP, ובכך מצביע על כך ש-PAGln מעורר השפעות NAM בתאי HEK293 המבטאים β2AR- אך לא β1AR.
מבחני התכווצות שרירים איזומטריים הופעלו כדי להבהיר האם PAGln משפיע על ההשפעות של NAM על תפקוד הלב האנושי. שינוי משמעותי בעקומת המינון-תגובה של PAGln נצפה בהשוואה לזמן שבו PAGln נעדר, ובכך מאשר אפקט NAM חזק. ממצאים אלו היו עקביים עם אלו שנצפו בניסויים של קרדיומיוציטים חדרי עכברים.
מסקנות
המחקר הנוכחי מציג את העדויות הראשונות למטבוליט של מיקרוביום במעיים שמתפקד כ-NAM של GPCR מארח, מה שמרמז על התפתחות משותפת משמעותית של המיקרוביום והמארח שלו.
נצפו גם השפעות ה-NAM התלויות במצב של PAGln על רקמת לב וכלי דם אנושית, ובכך הדגישו את המטבוליט כאגוניסט חלקי של β2AR. PAGln זוהה עוד כמאפנן אגו-אלוסטרי, מחלקה מיוחדת של מאפננים אלוסטריים המתפקדים באופן עצמאי כאגנוסטיקנים אך כמאפננים אלוסטריים כאשר הם מודגרים יחד עם אגנוסטיקנים אחרים.
מבחינה היסטורית, מאמצי גילוי תרופות המכוונים ל-GPCR התמקדו באגוניסטים ובאנטגוניסטים הנקשרים לאתר האורתוסטרי של הקולטן. אבל המרדף אחר מאפננים אלוסטריים הפך חשוב בשנים האחרונות, מכיוון שיש להם פוטנציאל לכוונן תגובות סלולריות עם סלקטיביות רבה יותר בין תת-הסוגים של GPCRs ברקמות שבהן האגוניסט האנדוגני מפעיל את השפעתו הפיזיולוגית."
יחד, ממצאים אלו מזהים את PAGln כיעד פוטנציאלי לגילוי עתידי של תרופות נגד CVD ואת המיקרוביום של המעי כהזדמנות מרגשת לחיפוש ביולוגי נגד מחלות כרוניות.
