Дизайн 8

Биология связи, том 6, Номер статьи: 878 (2023) Цитировать эту статью

664 доступа

9 Альтметрика

Подробности о метриках

Инфекции, вызванные Clostridioides difficile, бактерией, поражающей толстую кишку (толстую кишку), поражают большое количество людей во всем мире. Бактериальная колонизация опосредована двумя экзотоксинами: токсинами А и В. Короткие пептиды, которые могут доставляться в кишечник и ингибировать биокаталитическую активность этих токсинов, представляют собой многообещающую терапевтическую стратегию для профилактики и лечения C. diff. инфекционное заболевание. Мы описываем подход, который сочетает в себе алгоритм проектирования связывания пептидов (PepBD), моделирование на молекулярном уровне, быстрый скрининговый анализ для оценки связывания пептида: токсина, первичный анализ на основе клеток человека и измерения поверхностного плазмонного резонанса (SPR) для разработки пептида. ингибиторы, блокирующие токсин А в эпителиальных клетках толстой кишки. Обнаружено, что один пептид, SA1, блокирует токсичность TcdA в эпителиальных клетках первичного происхождения толстой кишки человека. SA1 связывает TcdA с KD 56,1 ± 29,8 нМ, измеренной методом поверхностного плазмонного резонанса (SPR).

Clostridioides difficile (C. diff.) — грамположительная спорообразующая бактерия, поражающая кишечный тракт человека и животных. В последнее десятилетие C. diff. инфекция является основной причиной диареи и воспаления толстой кишки в Северной Америке и Европе1. Во многих случаях инфекция C. difficile является следствием микробного дисбаланса, вызванного чрезмерным лечением антибиотиками, такими как пенициллин, карбапенем и фторхинолон2,3. Они нарушают микробиом кишечника, позволяя прорастать C. diff. споры и приводит к размножению бактерий и последующему выделению вирулентных токсинов. В 2017 г. C. diff. было инфицировано более 200 тыс. человек. что привело к 12 800 смертям только в Соединенных Штатах4,5. Большинство инфекций связано с стационарным лечением, и более 80% смертей приходится на людей старше 65 лет6. Эпителий толстой кишки является основным местом инфекции, поскольку эпителиальные клетки, выстилающие стенку кишечника, очень чувствительны к воздействию токсинов C. diff, а C. diff преимущественно колонизирует толстую кишку7,8.

Патогенность C. diff. происходит главным образом из двух основных токсинов: токсина А (TcdA) и токсина B (TcdB)9,10. С. диф. прикрепляется к стенке кишечника с помощью белков поверхностного слоя и продуцирует два крупных Rho-глюкозилирующих токсина, TcdA и B, гомология последовательностей которых составляет ~63%11,12. Эти токсины состоят из четырех доменов: домена глюкозилтрансферазы (GTD), домена аутопротеазы (APD), домена доставки и комбинированного домена повторяющихся олигопептидов (CROP) (рис. 1а). C. диф. токсины действуют посредством четырехэтапного внутриклеточного механизма (рис. 1б): (1) домен CROP, который находится на С-конце токсинов, связывается с молекулами углеводов и белками на поверхности эпителиальных клеток толстой кишки13,14,15 ; (2) домен доставки помогает транслоцировать токсин в цитозоль клеток-мишеней; (3) APD отделяет GTD от остального токсина; и (4) GTD использует уридиндифосфатглюкозу (UDP-глюкозу) для глюкозилирования GTPases Rho-семейства, которые присутствуют в эпителиальных клетках кишечника. Глюкозилирование этих ГТФаз Rho-семейства нарушает транскрипцию, развитие клеточного цикла, апоптоз и регуляцию цитоскелета, что приводит к цитопатическим и цитотоксическим эффектам16,17,18,19.

a Проиллюстрирована кристаллическая структура токсина А с доменом глюкозилтрансферазы (GTD, красный), доменом аутопротеазы (APD, синий) и доменом доставки (оранжевый) (ID PDB: 4R04). b Схема токсичности, индуцированной TcdA, в эпителиальных клетках человека. в Каталитический сайт TcdA (показан синим цветом) в GTD (красный) играет важную роль в индукции C. diff. инфекционное заболевание.

Для лечения C. diff было разработано множество терапевтических подходов. инфекционное заболевание. Стандартной практикой является лечение антибиотиками (метронидазолом и ванкомицином), однако в 20% случаев инфекция возникает повторно20. Воздействие этих антибиотиков изменяет микробное сообщество в кишечнике, способствуя колонизации C. diff21. Компания Merck представила моноклональное антитело безлотоксумаб (продаваемое под торговой маркой «Зинплава»), нацеленное на токсин B C. diff. Хотя частота рецидивов инфекции среди пациентов, получающих безлотоксумаб, была существенно ниже, чем в группах, получавших антибиотики, высокая стоимость однократной дозы (~ $4 тыс.) и его внутривенное введение обременительно22,23. Еще один C. diff. лечением является трансплантация фекальной микробиоты (FMT), экспериментальное лечение, еще не одобренное FDA24. Методы введения FMT и стратегии оптимального дозирования по-прежнему варьируются от случая к случаю. Кроме того, ТФМ несет в себе риск передачи инфекционных заболеваний и бактерий, устойчивых к антибиотикам25.