Учёные обнаружили белок, с которого начинается воздействие бактериального токсина на клетки кишечника. Исследователи Центра онкологии имени Киммела, Института иммунотерапии Bloomberg—Kimmel и медицинской школы Университета Джонса Хопкинса установили, что токсин BFT связывается с белком клаудином-4. Результаты работы опубликованы в журнале Nature, а частичную поддержку исследованию оказал Национальный институт здоровья США.
BFT вырабатывают некоторые штаммы бактерии Bacteroides fragilis, которая встречается в кишечнике примерно у 20% здоровых людей. Само присутствие микроорганизма не означает обязательного развития рака, однако его токсин способен повреждать защитную оболочку толстой кишки, вызывать воспаление и способствовать росту опухолей. В 2009 году группа Синтии Сирс показала, что BFT может стимулировать образование опухолей кишечника.
Ранее было известно, что токсин разрушает белок E-кадгерин, соединяющий соседние клетки и поддерживающий целостность кишечного барьера. При этом BFT не прикреплялся к E-кадгерину напрямую, поэтому механизм его первоначального контакта с клеткой оставался неизвестным. «We’ve made several attempts over time to identify the receptor, so this is an exciting moment», — сказала старший автор работы Синтия Сирс, профессор иммунотерапии рака и медицины Университета Джонса Хопкинса.
Чтобы найти недостающее звено, Максвелл Уайт из лаборатории Сирс вместе с коллегами из лаборатории Мэтью Уолдора в Гарвардской медицинской школе провёл полногеномный скрининг CRISPR. Учёные поочерёдно отключали гены в клетках эпителия толстой кишки и проверяли, какие из них необходимы токсину для прикрепления и повреждения ткани. Наиболее заметным результатом стало отключение гена клаудина-4: после этого BFT перестал связываться с клетками и не мог воздействовать на E-кадгерин.
Клаудин-4 участвует в формировании плотных контактов между соседними клетками, ограничивая перемещение веществ через кишечный барьер. Неожиданность открытия заключалась в том, что исследователи ожидали найти рецептор, связанный с передачей сигналов, например рецептор, сопряжённый с G-белком. BFT относится к протеазам — ферментам, расщепляющим белки, однако, как выяснилось, для доступа к своей мишени ему требуется отдельный рецептор. Эксперименты, проведённые совместно со структурными биологами из Института молекулярной биологии Барселоны, подтвердили образование прочного комплекса клаудина-4 и BFT в соотношении одна молекула токсина на одну молекулу рецептора.
После установления механизма учёные создали молекулярную приманку — растворимый белок с фрагментами клаудина-4, который должен связывать токсин, не позволяя ему атаковать клетки кишечника. В опытах на мышах, проведённых совместно с лабораторией Мина Дуна из Гарвардской медицинской школы, приманка перехватывала BFT и защищала ткани от повреждений. По словам Уайта, такой подход можно развивать с помощью малых молекул или других биологических препаратов, однако пока не доказано, что он предотвращает колоректальный рак у людей. Исследователи также ещё не получили точную трёхмерную структуру взаимодействия токсина с клаудином-4; даже системы искусственного интеллекта, включая AlphaFold, не смогли полностью её определить.