מאז מחקר ציון דרך משנת 2009, חוקרים ידעו שחיידק מעי נפוץ, Bacteroides fragilisמניע היווצרות גידול במעי הגס, שעלול להוביל לסרטן המעי הגס, על ידי הפרשת רעלן הפוגע ברירית המעי הגס. אבל עד עכשיו, המנגנון המדויק שבו השתמש הרעלן כדי להיצמד לתאים האלה נשאר בגדר תעלומה.
צוות רב-מוסדי בראשות חוקרים ממרכז הסרטן ג'ונס הופקינס קימל בלומברג~מכון קימל לאימונותרפיה בסרטן ובית הספר לרפואה של אוניברסיטת ג'ונס הופקינס זיהה את החוליה החסרה. המחקר, שפורסם ב-22 באפריל ב טֶבַעמגלה כי ה B. fragilis רעלן BFT חייב קודם כל לקשור את הקולטן המארח claudin-4 לפני שהוא יכול לגרום לנזק. העבודה נתמכה בחלקה על ידי המכונים הלאומיים לבריאות.
עשינו מספר ניסיונות לאורך זמן לזהות את הקולטן, אז זהו רגע מרגש. הבנה כיצד פועלים רעלנים חיידקיים יכולה לפתוח דלתות לגישות חדשות לאיתור וטיפול במחלות נלוות, כולל שלשולים, סרטן המעי הגס וזיהומים במחזור הדם".
סינתיה סירס, MD, סופרת בכירה, פרופ' בלומברג~קימל לאימונותרפיה בסרטן ופרופסור לרפואה בג'ונס הופקינס
הגילוי, למעשה, כבר הוביל לפיתוח של פיתוי מולקולרי שחסם בהצלחה את השפעות הרעלן במודלים של בעלי חיים, והציע אסטרטגיה פוטנציאלית למניעת B. fragilis נזק למעי הגס.
B. fragilis ניתן לזהות עד 20% מהאנשים הבריאים, ויש לו יכולת חזקה לעורר דלקת במעי הגס והיווצרות גידולים. עבודה קודמת במעבדה של סירס הראתה ש-BFT מעורר דלקת כרונית במעיים על ידי חלוקת E-cadherin, חלבון חיוני לשמירה על מחסום ההגנה של המעי הגס. במוקדם שלהם רפואת טבע מחקר, סירס ועמיתיו הראו שהפעולה של BFT מובילה להיווצרות גידול במעי הגס. עם זאת, נראה ש-BFT לא התחבר ישירות ל-E-cadherin. נראה היה שמשחק מנגנון אחר, חמקמק.
זיהוי המנגנון הזה התחיל במסך CRISPR רחב גנום בראשות מקסוול ווייט, MD/Ph.D. מועמד במעבדת סירס, בשיתוף עם המעבדה של מתיו וולדור בבית הספר לרפואה של הרווארד. על ידי חיסול שיטתי של גנים בתאי אפיתל המעי הגס, ווייט ועמיתיו מהמעבדה של וולדור זיהו את קלאודין-4 כמקשר. כאשר ווייט דפק את קלאודין-4, רעלן BFT לא היה מסוגל להיקשר לתאים, מה שהותיר את יעד ה-E-cadherin ללא פגע.
"לקח זמן עד שהמבחן יפעל ולאמת את הגישה, אבל ברגע שהצלחנו לבצע את המסך, קלאודין-4 היה להיט עליון ברור ומהדהד", אומר ווייט. "זה היה רגע מרגש."
זהות הקולטן הייתה הפתעה, מוסיפה סירס, שכן היא ואחרים בתחום ציפו זה מכבר שהקולטן יהיה חלבון איתות, כמו קולטן חלבון מצמד G, מה שלא קלאודין-4. בסקירת ספרות, הצוות לא הצליח לזהות שום רעלן אחר שמתפקד כך, מכיוון שרוב הפרוטאזות עוברות ישר אל המטרות שלהם ולא קושרים קודם קולטן נפרד.
כדי לאשר כי הרעלן והקולטן ננעלו פיזית יחד, צוות ג'ונס הופקינס שיתף פעולה עם הביולוגים המבניים F. Xavier Gomis-Rüth ו- Ulrich Eckhard במכון לביולוגיה מולקולרית של ברצלונה. באמצעות אנליזה ביופיזיקלית, ווייט וקבוצת ברצלונה הדגימו ש-BFT ו- claudin-4 יוצרים קומפלקס הדוק, אחד לאחד במבחנה, ומספקים את העדות הפיזיקלית הראשונה לאינטראקציה המחייבת.
לאחר מכן, המחקר עבר מהמבחנה למערכות חיות באמצעות שיתוף פעולה עם המעבדה של Min Dong בבית הספר לרפואה של הרווארד. עם קאנג וואנג ועמיתיו במעבדה של דונג, הצוות העריך כיצד הרעלן התנהג בסביבה המורכבת של המעי באמצעות מודלים של עכברים.
על ידי יצירת קלאודין-4 – חלבון מסיס שהציג רצפים של קלאודין-4 – ניסו החוקרים למנוע מהרעלן לקשור תאי המעי הגס. אכן, BFT נקשר לפתילים במקום לקולטן. אסטרטגיית הטעיה הזו הגנה בהצלחה על עכברים מפני נזק שנגרם על ידי BFT.
"ניתן לחזור על גישה זו עם מולקולות קטנות או ביולוגיות אחרות בעלות תכונות פרמקולוגיות טובות יותר", אומר ווייט. הצוות בוחן כעת אילו גישות מולקולריות עשויות להיות המוצלחות ביותר לחסימת הרעלן.
החוקרים מציינים שנותר חלק אחד מהפאזל: בעוד שהצוות זיהה את הקולטן והוכיח את הקישור, המבנה הניסיוני המדויק של האינטראקציה בין BFT ל- claudin-4 טרם נתפס. כלי מודל AI נוכחיים, כגון AlphaFold, לא הצליחו לפתור את האינטראקציה במלואה.
מחברים נוספים על המאמר כוללים את ג'ייסון צ'ן, שאוגואנג וו, אבי ל. גייס וג'סיקה קווין בג'ונס הופקינס והילונג ג'אנג, קארתיק הולהאלי וג'י ג'אנג בבית הספר לרפואה בהרווארד.
המחקר נתמך על ידי Bloomberg~Kimmel Institute for Cancer Immunotherapy, Janssen Research and Development, Cancer Research UK, National Institutes of Health (מספרי המענק R01 AI042347, R01 NS080833, R01 NS117626, R01 AI170835 ו-R078 AI) ו-Howard Medical Institute.
סירס מקבל תמלוגים עבור כתיבה וביקורת עבור UpToDate. הסדר זה מנוהל על ידי אוניברסיטת ג'ונס הופקינס בהתאם למדיניות ניגוד העניינים שלה.
