Мин Донг, доктор философии, и его лаборатория являются мировыми экспертами в области токсинов и способов борьбы с ними. Они выяснили, как самый мощный токсин Clostridium difficile проникает в клетки, и сосредоточились на первом новом ботулиническом токсине, идентифицированном с 1969 года. Теперь, нацелившись на токсины шига и рицин, они не только определили новые потенциальные линии защиты, но и пролить новый свет на фундаментальную часть клеточной биологии: гликозилирование.
Исследование, недавно опубликованное в PLOS Biology, использовало технологию CRISPR/Cas9 для изучения факторов в клетках, необходимых для проникновения токсинов. некоторые штаммы E. coli, такие как O157:H7, которые иногда вызывают у детей гемолитико-уремический синдром, серьезное заболевание почек. Рицин - это растительный токсин, используемый в качестве агента биотерроризма.
Что нужно токсинам в клеточном рецепторе?
Токсины шига и рицина имеют сходный механизм действия, когда они попадают в наши ткани, нарушая способность клеток производить белки. Однако, чтобы проникнуть внутрь, они полагаются на разные входные порталы: токсины шига используют в качестве рецептора тип гликолипидов (молекулы жира с прикрепленным сахаром), называемый Gb3, тогда как рицины используют различные гликаны (молекулы сахара).
Но кроме этого, мало что было известно. Дун и первый автор Сонхай Тянь, доктор медицинских наук, исследователи из отделения урологии Бостонской детской больницы, надеялись дополнить картину.
Исследовательская группа начала с токсинов шига. Они использовали CRISPR/Cas9 для проведения полногеномного скрининга. Скрининг включал в себя систематическое удаление генов один за другим в клеточной линии, чтобы увидеть, предотвращает ли потеря любого из них проникновение токсинов.
«Раньше это было невозможно, потому что рецептор токсина не обнаружен в большинстве типов клеток», - говорит Донг. «Сонхай исследовал множество разных клеточных линий без особого успеха, пока не поговорил с нашей соседкой, доктором Розалин Адам из отделения урологии, у которой оказалось несколько клеточных линий рака мочевого пузыря. Одна из них оказалась сверхчувствительной к Шига. токсины, потому что он имеет высокий уровень Gb3. Поиск хорошей клеточной модели был первым прорывом в проекте."
Второй скрининг в легкодоступных клеточных линиях HeLa искал клеточные факторы, необходимые для токсичности рицина.
«Экранный подход оказался очень эффективным, - говорит Тиан. «Они выявили почти все известные факторы обоих токсинов, а также некоторые новые факторы».
Новые лиды по блокировке токсичности
Когда команда сравнила результаты скрининга Shiga и рицина, они обнаружили два фактора, которые необходимы обоим классам токсинов для проникновения в клетки: трансмембранные белки TMEM165 и TM9SF2. Оба находятся в клеточном аппарате Гольджи, работа которого заключается в модификации и упаковке больших молекул, производимых клеткой. Когда любой из них был удален, клетки продуцировали уменьшенное количество группы жирных молекул, называемых гликосфинголипидами, включая Gb3.
TMEM165 и TM9SF2 слишком общие по своим функциям, чтобы служить безопасными мишенями для блокировки с помощью лекарств, но они могут указывать путь к другим ингибирующим молекулам, на которые можно нацеливаться.
Третий белок, LATMP4a, предлагает более прямые перспективы. Он особенно необходим клеткам для производства Gb3, рецептора, используемого шига-токсином. «Раньше этот белок не был известен, и мы думаем, что он станет очень хорошей терапевтической мишенью для лечения шига-токсичности», - говорит Донг.
Обновление главы учебника по гликозилированию
Дун в равной степени взволнован тем, что работа должна рассказать нам о гликозилировании - присоединении сахаров к большим молекулам, таким как белки и липиды. Этот фундаментальный биологический процесс позволяет нашим клеткам создавать гораздо более разнообразные молекулы с разнообразными функциями, помимо того, что закодировано в наших генах, а также играет роль в развитии болезней.
«Мы использовали токсины в качестве зонда, чтобы понять ключевой клеточный процесс», - уточняет Донг. «Два новых белка Гольджи, идентифицированных в ходе нашего скрининга, TMEM165 и TM9SF2, вроде как регулируют общую среду в аппарате Гольджи. Сейчас мы пытаемся понять, что именно они регулируют».
Это не первый раз, когда Донг проводит исследования токсинов и обнаруживает нечто неожиданное: работа над токсином B C. difficile выявила потенциальную стратегию борьбы с раком.