Bakteriler genellikle konakçı hücrelerin içine sığınmaktadır, çünkü antimikrobiyal peptit veya tamamlayıcı faktör bazlı öldürme gibi hücre dışı savunma mekanizmalarını beslemek ve bunlardan kaçınmak için tatlı bir ortamdır. Bununla birlikte, bu stratejinin arkasında, altında yatan kan dolaşımına sızmak olan daha uğursuz bir neden var. Bakteriler vaskülatüre girdiğinde, hızla çoğalırlar ve birden fazla organa yayılırlar, bu da genellikle sepsis olarak bilinen hayatı tehdit eden çoklu organ yetmezliğine yol açar. Yine de, sayısız patojene sürekli maruz kalmasına rağmen, nadiren hastalanıyoruz ve kredinin çoğu hücrelerimizdeki sağlam, kendini düzenleyen savunma mekanizmalarına gidiyor. Bu savunmalar çok katmanlıdır, başarısız bir şekilde hareket etmek için tasarlanmıştır, bir patojen bir bariyeri atlamak için gelişirse, diğerlerinin ona karşı koymaya hazır olmasını sağlar.
Son yıllarda, sitosolik koruma faktörleri, bakteriler ilk endozomal zarlarından kaçtığında ve besin arayışında konakçı hücrelerin sitozolüne girdiğinde ne olacağı sorusunu gündeme getirerek önemli bir dikkat çekmiştir. Büyük bir atılım, bakterileri doğrudan öldürebilen veya yakındaki hücreleri uyarabilen guanilat bağlayıcı proteinlerin (GBP) tanımlanmasıydı.1. Özellikle, deterjan benzeri özelliklere sahip bir protein olan GBP'ler ve apolipoprotein L3 arasındaki sinerjinin seçici patojen öldürmede etkili olduğu kanıtlandı2. Proteazom bile kritik bir oyuncu olarak yeniden ortaya çıkmış ve spesifik bakteriyel membranları bozan konak proteinlerin bozulmasından antimikrobiyal peptitler üretmiştir. Bu bulgular çığır açıyor olsa da, bu savunma stratejilerinin seçici doğasını vurgulayarak erişimlerini sınırlar. Bu bizi, filogenetik arka planlarına bakılmaksızın çeşitli bakterileri işaretleyen daha evrensel bir 'ölüm etiketi' olan ubikitinasyonu keşfetmemize neden oldu.
Dr. Smita Bhutda ve Dr. Shruti Apte liderliğindeki grubumuzun önceki çalışmaları, ubikitinasyonun istilacı bakteriyel patojenlerin temizlenmesinde nasıl dahil olduğunu kapsamlı bir şekilde araştırdı. Kullanma Streptococcus pneumoniaepnömoni, sepsis ve menenjitin önemli bir nedeni, bakteriyel yüzey proteinleri üzerindeki spesifik ubikitin zinciri oluşumlarının bu patojenleri bozulma için proteazoma hedeflemek için gerekli olduğunu keşfettik.3. Ancak bu paradoksal bir senaryoya yol açtı. Proteazomun substratı (tipik olarak proteinler) bozması için, proteolitik bölünmenin onu sökmek için meydana geldiği dar merkezi gözeneğine girmesi gerekir. Bununla birlikte, bir bakterinin boyutu neredeyse 1000 kat daha büyüktür. Böylece proteazomların bunu nasıl başarabileceğini merak ettik. Tüm bakteri bir proteazom tarafından yutulamadığından, ubikitin etiketini taşıyan seçici bakteriyel yüzey proteinlerinin membrandan koparılması ve proteazomlara beslenmesi gerektiğini tahmin ettik. Bununla birlikte, proteazomlar böyle bir ekstraksiyon kabiliyetinden yoksun olduğundan, bu sürecin kolaylaştırılmasında yardımcı bir faktörün dahil olabileceğine inandık. Aramamız bizi P97 olarak da bilinen VCP'ye (valozin içeren protein) götürdü ve bu da proteazomlara bir besleme makinesinden çok daha fazlası oldu.
Başlangıçta, VCP/P97'nin patojeni hedeflemesinin dört kritere dayandığını bulduk: (1) Bakteriler sitozole maruz kalmalıdır, (2) Yüzey proteinleri içeren degron motifi, (3) K48'e bağlı poliubikitin zincirleri ile işaretlenebilir ve (4) P97'yi eylem bölgesine lokalize etmeye yardımcı olan NPLOC4-FUFD1 dimerini işe alın. Hücre biyolojisi ve biyokimyasal analizleri içeren bu bölüm, yıllar boyunca laboratuvarda geliştirdiğimiz uzmanlık göz önüne alındığında nispeten basitti. Bu çizgilerdeki deneyler şaşırtıcı bir şekilde P97'nin bakteriyel öldürme ile ilişkili olduğunu gösterdi. P97'nin bakteriyel proteinlerin hedeflenmesinin ve ekstraksiyonunun gerçek patojen eliminasyonuna nasıl dönüştüğünü anlamaya çalıştığımızda gerçek zorluk ortaya çıktı. Saflaştırılmış bileşenler ekleyerek test tüplerindeki tüm hücresel işlemi yeniden özetleyebileceğimiz, vitro bir yeniden oluşturma tahlilinin kurulması titiz bir yıl aldı. Bu tahlilin standartlaştırılması, P97'nin antimikrobiyal etkisinin kesin mekanizmasını ortaya çıkarmak için çok önemli olduğu için çok önemli bir atılımdı. P97 tedavisinin bakteriyel canlılığı azalttığını gördüğümüzde, bakterilerin morfolojisini incelemeye istekliydik. Yüksek kaliteli TEM (transmisyon elektron mikroskopisi) görüntüleri arayan şehirden şehre seyahat ettik, ancak sonuçlar genellikle hayal kırıklığı yarattı ve düşük kaliteleri için eleştirildi. Hope azalırken, enstitemizde yüksek çözünürlüklü bir TEM tesisi kuruldu. Düşük beklentilerle, denedik ve ilk görüntü bizi şaşırttı. Sadece hipotezimizi doğrulamakla kalmadı, aynı zamanda hayal gücümüzün ötesinde karmaşık ayrıntıları da ortaya koydu. Proje boyunca daha fazla zorlukla karşılaşmasına rağmen, bu ilk engellerin üstesinden gelmek, çalışmalarımızın en ödüllendirici yönlerinden biri olmaya devam ediyor. Bununla birlikte, bu bizi bir bakteriyolitik ajan olarak VCP/P97'nin yeni bir rolünü oluşturmamıza yol açtı.
Bu çalışmanın çeşitli yönleri temel uzmanlığımızın ötesine geçti, ancak inanılmaz derecede destekleyici ve bilgili işbirlikçilere sahip olduğumuz için şanslıydık. Sabırları ve rehberlikleri, gerekli tekniklere hakim olmamıza ve gerçekten VCP/P97'nin bakteri proteinlerini çıkarabileceğini doğru bir şekilde belirlememize yardımcı olmak için son derece değerliydi. Simülasyonlar kullanarak, her proteinin çıkarılmasının bakteriyel hücre duvarını nasıl ciddi şekilde tehlikeye atabileceğini görselleştirdik. Optik tuzak kullanarak, yapay bir yüzeye bağlı bakteriyel proteinin gerçek zamanlı ekstraksiyonunu gösterdik. Ayrıca, VCP/P97'nin karşıtı bir engel olarak hizmet ettiğini gösterdik. Streptococcus pneumoniaedalaktaki hızlı proliferasyonunu engellemek ve sonuçta kan dolaşımına girişini önlemek, böylece konakçıyı ölümcül sepsisten korumak.
Bu güçlü, geniş spektrumlu antimikrobiyal mekanizmayı ortaya çıkararak, hızlı bir şekilde gelişen bakteriyel ve bakteriyel olmayan tehditlerden yararlanabilecek yeni stratejilerin kapısını açıyoruz, bulaşıcı hastalıklara karşı savunmalarımızı güçlendirmeye yönelik umut verici bir adım.
Referanslar:
1. Kutsch, M., Sistemich, L., Lesser, CF, Goldberg, MB, Herrmann, C. ve Coers, J. (2020). Polimerik GBP1'in LPS'e doğrudan bağlanması bakteriyel hücre zarf fonksiyonlarını bozar. Embo Journal, 39 (13). https://doi.org/10.15252/embj.
2. Gaudet, RG, Zhu, S., Halder, A., Kim, B., Bradfield, CJ, Huang, S., Xu, D., Mamiñska, A., Nguyen, TN, Lazarou, M., Karatekin, E., Gupta, K., & MacMicking, JD (2021). Deterjan benzeri aktiviteye sahip bir insan apolipoprotein L, hücre içi patojenleri öldürür. Bilim, 373 (6552). https://doi.org/10.1126/
3. Apte, S., Bhutda, S., Ghosh, S., Sharma, K., Barton, Te, Dibyachintan, S., Sahay, O., Roy, S., Sinha, AR, Adicherla, H., Rakshit, J., Tang, S., Datey, A., Santra, S., S., S., S., S., S., S., S., S., S., S., S., S., S., S., S., S., Hammers, S., S. Chakravortty, D., Oggioni, MR ,. . . Banerjee, A. (2023). Bakteriyel yüzey proteinlerinin ubikitinasyonunu içeren doğuştan gelen bir patojen algılama stratejisi. Bilim ilerlemeleri, 9 (12). https://doi.org/10.1126/
Bir yanıt yazın