Czy nowe odkrycia zmieniają nasze rozumienie patogenezy GAS?
Nowe odkrycia dotyczące białka Mrp u Streptococcus pyogenes – kluczowy mechanizm ochrony bakterii przed układem odpornościowym
Badacze dokonali przełomowego odkrycia dotyczącego mechanizmów, dzięki którym paciorkowiec grupy A (Streptococcus pyogenes, GAS) unika eliminacji przez układ odpornościowy gospodarza. Nowe badanie rzuca światło na rolę białka Mrp (M-related protein) w wiązaniu fibrynogenu i rekrutacji plazminogenu, co może prowadzić do opracowania nowych strategii terapeutycznych przeciwko tym niebezpiecznym patogenom.
GAS jest odpowiedzialny za szeroki zakres infekcji – od stosunkowo łagodnych, takich jak zapalenie gardła czy liszajec, po poważne inwazyjne choroby, w tym posocznicę, zespół wstrząsu toksycznego i martwicze zapalenie powięzi. Bakterie te mogą również wywoływać powikłania autoimmunologiczne, takie jak choroba reumatyczna serca i ostre kłębuszkowe zapalenie nerek. Szacuje się, że infekcje GAS powodują ponad 500 000 zgonów rocznie, plasując te bakterie wśród najgroźniejszych patogenów przyczyniających się do globalnej śmiertelności.
Jak białko Mrp wspiera unikanie układu odpornościowego?
Białko Mrp, obecne w około 88,5% szczepów GAS, jest kluczowym czynnikiem wirulencji umożliwiającym bakteriom unikanie mechanizmów obronnych gospodarza. “Nasze badanie wykazało, że Mrp jest wysoce konserwatywnym białkiem powierzchniowym, które wiąże fibrynogen z wysokim powinowactwem, co pomaga bakteriom uniknąć fagocytozy” – piszą autorzy badania. To odkrycie jest istotne, ponieważ w przeciwieństwie do dobrze zbadanego białka M, Mrp wykazuje mniejszą zmienność sekwencyjną (średnia identyczność sekwencji 83,2% między białkami Mrp w porównaniu do 44,7% między białkami M).
Badacze zidentyfikowali cztery odrębne genetycznie klastry białek Mrp i wykazali, że wszystkie są zdolne do wiązania fibrynogenu ludzkiego. Co ciekawe, odkryli dwie domeny wiążące fibrynogen (FBD) w białku Mrp. Domena FBD2 jest wysoce konserwatywna i występuje w prawie wszystkich badanych białkach Mrp (95,9%), podczas gdy domena FBD1 jest obecna wyłącznie w białkach Mrp z klastra 4, stanowiących 58,8% wszystkich przeanalizowanych białek Mrp.
Przy użyciu zaawansowanych technik, w tym powierzchniowego rezonansu plazmonowego (SPR), badacze zmierzyli powinowactwo różnych białek Mrp do fibrynogenu. Wszystkie badane białka Mrp wykazywały wysokie powinowactwo do fibrynogenu, z wartościami KD (stała dysocjacji) w zakresie od 5,77 do 14,5 nM. Zaskakująco, obecność dodatkowej domeny FBD1 nie zwiększała powinowactwa do fibrynogenu – wręcz przeciwnie, niektóre białka Mrp z dwiema domenami FBD wykazywały dwukrotnie niższe powinowactwo.
Badania strukturalne z wykorzystaniem mikroskopii elektronowej i modelowania AlphaFold ujawniły, że białka Mrp przyjmują strukturę fibrylową podobną do białka M, z długością około 45-47 nm. Analiza strukturalna wykazała, że białka Mrp z dłuższymi nieuporządkowanymi regionami w domenie FBD1 miały niższe powinowactwo do fibrynogenu. “Identyfikacja tych różnic strukturalnych może pomóc w projektowaniu cząsteczek zakłócających interakcję między Mrp a fibrynogenem, co mogłoby stanowić nową strategię terapeutyczną” – sugerują badacze.
- Występuje w 88,5% szczepów Streptococcus pyogenes (GAS)
- Jest bardziej konserwatywne niż białko M (83,2% vs 44,7% identyczności sekwencji)
- Zawiera dwie domeny wiążące fibrynogen:
\- FBD2 (obecna w 95,9% białek Mrp)
\- FBD1 (występuje tylko w klastrze 4, 58,8% białek Mrp) - Wykazuje wysokie powinowactwo do fibrynogenu (KD 5,77-14,5 nM)
- Tworzy kompleksy trójmolekularne z fibrynogenem i plazminogenem
Czy Mrp buduje trójmolekularne sojusze z fibrynogenem i plazminogenem?
Szczegółowa analiza strukturalna wykazała, że białka Mrp193 i Mrp216, które mają obniżone powinowactwo do fibrynogenu, zawierają proliny i glicyny w regionie N-końcowym (Gly4, Pro8, Pro9, Pro14, Gly15 dojrzałego białka), których nie ma w białkach Mrp115 i Mrp174. Proliny są znane z tego, że otaczają końce białek helikalnych i ograniczają przejściową helikalność rezydualną, przyczyniając się do różnych stopni plastyczności konformacyjnej i wpływając na powinowactwo do białek partnerskich. Modele strukturalne przewidują, że Mrp193 i Mrp216 mają dłuższe nieuporządkowane regiony i w konsekwencji krótsze struktury α-helikalne w ich domenach FBD1 w porównaniu do Mrp115 i Mrp174.
Kolejnym fascynującym odkryciem było to, że białka Mrp mogą pośrednio rekrutować plazminogen poprzez interakcję z fibrynogenem. Chociaż bezpośrednie powinowactwo Mrp do plazminogenu było słabe (KD > 1 μM), obecność fibrynogenu znacząco zwiększała zdolność Mrp do wiązania plazminogenu. Eksperymenty potwierdziły tworzenie kompleksu tri-molekularnego Mrp-fibrynogen-plazminogen. “Ten mechanizm może wyjaśniać, w jaki sposób GAS aktywuje układ fibrynolityczny gospodarza, co prowadzi do degradacji tkanek i rozprzestrzeniania się bakterii” – wyjaśniają naukowcy.
Badacze wykazali również, że wszystkie białka Mrp wiążą fragment D fibrynogenu (FgD), ale nie fragment E (FgE). Jest to istotne, ponieważ interakcja między białkiem M a FgD jest znana z hamowania opsonizacji GAS i przyczyniania się do formowania sieci supramolekularnych prowadzących do odpowiedzi prozapalnej, wycieku naczyniowego i uszkodzenia tkanek – kluczowych cech paciorkowcowego zespołu wstrząsu toksycznego.
Interesujące jest, że powinowactwo Mrp do FgD było 4-18 razy niższe niż do pełnowymiarowego fibrynogenu, co sugeruje, że pełna cząsteczka fibrynogenu może zapewniać dodatkowe miejsca interakcji lub stabilizować wiązanie. Pomimo tej różnicy, wszystkie badane białka Mrp skutecznie pozyskiwały fibrynogen z ludzkiego osocza w testach pulldown, co wskazuje na funkcjonalną istotność tych interakcji w warunkach fizjologicznych.
Szczególnie interesujące są wyniki dotyczące rekrutacji plazminogenu przez białka Mrp. Wśród badanych białek Mrp tylko Mrp193, Mrp216 i Mrp71 wykazywały jakąkolwiek interakcję z plazminogenem, ale ich powinowactwo było stosunkowo słabe. Jednak w obecności fibrynogenu wszystkie białka Mrp skutecznie pozyskiwały plazminogen i plazminę z osocza ludzkiego, co potwierdza tworzenie kompleksu tri-molekularnego. Testy SPR wykazały, że kompleks Mrp216-fibrynogen-plazminogen miał wyższe powinowactwo (KD 4,2 ± 0,2 nM) niż interakcja Mrp216-fibrynogen sama w sobie (KD 14,5 ± 2,2 nM), sugerując kooperatywny mechanizm wiązania.
Czy Mrp może stać się celem nowych terapii przeciwbakteryjnych?
Czy te odkrycia mogą zmienić nasze podejście do leczenia infekcji wywołanych przez GAS? Jakie nowe strategie terapeutyczne mogą wyniknąć z lepszego zrozumienia roli białka Mrp w patogenezie?
Biorąc pod uwagę powszechne występowanie białka Mrp w populacji GAS i jego konserwatywny charakter, może ono stanowić atrakcyjny cel dla nowych terapii przeciwbakteryjnych. Zakłócenie interakcji między Mrp a fibrynogenem mogłoby osłabić zdolność bakterii do unikania fagocytozy i ograniczyć rozprzestrzenianie się infekcji.
- GAS powoduje ponad 500 000 zgonów rocznie na świecie
- Mrp pomaga bakteriom unikać fagocytozy poprzez wiązanie fibrynogenu
- Konserwatywny charakter białka Mrp czyni je atrakcyjnym celem terapeutycznym
- Zakłócenie interakcji Mrp-fibrynogen może być nową strategią w leczeniu infekcji GAS
- Szczególnie istotne w kontekście rosnącej oporności na antybiotyki
Jak wyniki badań wpływają na strategię leczenia infekcji GAS?
Warto zauważyć, że białka Mrp z klastra 4 (Mrp193, Mrp216, Mrp115 i Mrp174) są ekspresjonowane przez szczepy GAS należące do klastra emm D4, podczas gdy pozostałe badane białka Mrp są związane ze szczepami GAS z klastrów emm E2, E3, E4 i E6. Różnorodność w obrębie rodziny białek M ma implikacje funkcjonalne, zapewniając GAS kilka alternatywnych mechanizmów osiągania wirulencji u gospodarza. Na przykład, białka M z klastra D4 są znane z wiązania plazminogenu, podczas gdy te z klastrów E2, E3, E4 i E6 oddziałują z IgG, IgA, albuminą i/lub C4BP.
Badanie to podkreśla znaczenie białka Mrp jako czynnika wirulencji w patogenezie GAS i dostarcza cennych informacji na temat molekularnych mechanizmów interakcji bakterii z gospodarzem. Lepsze zrozumienie tych mechanizmów może prowadzić do opracowania nowych strategii terapeutycznych przeciwko infekcjom GAS, które pozostają poważnym globalnym zagrożeniem dla zdrowia publicznego.
W świetle rosnącej oporności na antybiotyki, badania nad czynnikami wirulencji bakterii i ich interakcjami z gospodarzem stają się coraz ważniejsze. Odkrycia dotyczące białka Mrp otwierają nowe możliwości w walce z infekcjami GAS i mogą przyczynić się do zmniejszenia obciążenia związanego z tymi niebezpiecznymi patogenami.
Podsumowanie
Najnowsze badania nad białkiem Mrp u Streptococcus pyogenes (GAS) ujawniły jego kluczową rolę w patogenezie bakteryjnej. Białko to, obecne w 88,5% szczepów GAS, wykazuje wysokie powinowactwo do fibrynogenu i umożliwia bakteriom unikanie fagocytozy. Badacze zidentyfikowali cztery klastry genetyczne białek Mrp oraz dwie domeny wiążące fibrynogen (FBD). Domena FBD2 występuje w niemal wszystkich białkach Mrp, podczas gdy FBD1 jest obecna tylko w białkach z klastra 4. Odkryto również, że białka Mrp mogą tworzyć kompleksy trójmolekularne z fibrynogenem i plazminogenem, co może przyczyniać się do rozprzestrzeniania się infekcji. Ze względu na konserwatywny charakter białka Mrp i jego powszechne występowanie w szczepach GAS, może ono stanowić obiecujący cel dla nowych terapii przeciwbakteryjnych.
Bibliografia
Proctor Emma‐Jayne, Frost Hannah R., Mantri Bhanu, Satapathy Sandeep, Botquin Gwenaëlle, Gorman Jody, De Oliveira David M. P., McArthur Jason, Davies Mark R., Tolun Gökhan, Botteaux Anne, Smeesters Pierre and Sanderson‐Smith Martina. Fibrinogen‐binding M‐related proteins facilitate the recruitment of plasminogen by
