Идентификация нанотел, специфичных для GSDMD. Кредит: Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-52110-1
Образование пор определенным белком, гасдермином D, играет ключевую роль в воспалительных реакциях. Во время его активации отщепляется ингибирующая часть. Более 30 оставшихся фрагментов белка затем объединяются, образуя большие поры в клеточной мембране, которые позволяют высвобождать воспалительные мессенджеры.
Поскольку методы изучения этих процессов в живых клетках до сих пор были неадекватными, последовательность олигомеризации, образования пор и включения мембраны оставалась неясной. Международная исследовательская группа во главе с Университетской клиникой Бонна (UKB) и Боннским университетом преуспела в ответе на этот вопрос с помощью фрагментов антител, так называемых нанотел, которые они идентифицировали. Они надеются, что это приведет к потенциальным терапевтическим применениям.
Их результаты теперь опубликованы в Nature Communications.
Инфламмасомы, крупные мультипротеиновые комплексы врожденной иммунной системы, активируют и контролируют воспалительные реакции в нашем организме. Важным этапом в каскаде сигналов, запускаемых ими, является расщепление белка гасдермина D (GSDMD). Активная часть GSDMD, так называемый N-концевой домен (NTD), затем может образовывать поры в клеточных мембранах, которые, с одной стороны, обеспечивают высвобождение провоспалительных цитокинов, а с другой стороны, запускают пироптоз — форму гибели клеток, которая еще больше подпитывает воспаление.
«Но как именно и где GSDMD собирается в порах, и можно ли ингибировать этот этап, ранее было неясно», — говорит профессор Флориан И. Шмидт из Института врожденного иммунитета в UKB, который является членом кластера передового опыта ImmunoSensation2 и трансдисциплинарной исследовательской области (TRA) «Жизнь и здоровье» в Боннском университете.
Чтобы прояснить эти открытые вопросы, исследовательская группа профессора Шмидта использовала ингибиторы белков, которые они получили из определенных антител, обнаруженных у альпак. Эти так называемые нанотела примерно в десять раз меньше обычных антител. Связываясь с белками, они могут нарушать их функцию или маркировать определенные молекулы и таким образом делать их видимыми. Исследователи из Бонна идентифицировали шесть нанотел против GSDMD. В своем исследовании они ввели генетическую информацию двух представителей в макрофаги человека, которые относятся к белым кровяным клеткам.
Без олигомеризации в клеточной мембране не образуются поры
«Мы обнаружили, что нанотела ингибируют образование пор и, таким образом, предотвращают гибель клеток и высвобождение цитокинов», — говорит первый автор Лиза Шиффелерс, докторант Боннского университета в рабочей группе профессора Шмидта в UKB. Боннские исследователи также определили, как это работает: нанотела предотвращают олигомеризацию GSDMD NTD — это означает, что отдельные субъединицы не объединяются в более крупную структуру. С другой стороны, они не препятствуют встраиванию GSDMD NTD в клеточную мембрану.
«Это позволяет нам сделать вывод, что GSDMD NTD сначала интеркалирует в клеточную мембрану и только затем олигомеризуется», — говорит Шиффелерс.
Боннские исследователи также смогли без сомнений идентифицировать целевую мембрану.
«GSDMD NTD встраивается в плазматическую мембрану, т. е. внешнюю мембрану клетки, как мы уже подозревали, но изначально не в митохондрии, как постулировалось в другом месте», — говорит профессор Шмидт.
Для боннских исследователей было очень удивительно, что нанотела также подавляют гибель клеток макрофагов, когда они добавляются извне в виде очищенного белка. «Это происходит потому, что первый раунд сформированных пор позволяет нанотелам проникать в клетку. Там предотвращается дальнейшее образование пор, в то время как собственные процессы клетки удаляют существующие поры», — говорит Шиффелерс.
Исследователи из Бонна, которые подали ожидающую рассмотрения патентную заявку на нанотела GSDMD, предполагают, что эти результаты показывают концептуальный способ, с помощью которого нанотела, действующие на GSDMD, также могут использоваться для лечения заболеваний, основанных на образовании пор и пироптозе. К ним относятся сепсис и многие другие аутовоспалительные заболевания.
«Однако, поскольку наши нанотела распознают только человеческий GSDMD, а не GSDMD у мышей, они еще не были протестированы в экспериментах на животных. Только с ними мы можем действительно проверить, являются ли эти антитела терапевтически эффективными», — говорит профессор Шмидт. «Тем временем мы также обнаружили нанотела против мышиного GSDMD, которые позволят нам проводить именно эти тесты. Это предмет текущих исследований».
Дополнительная информация: Лиза Д. Дж. Шиффелерс и др., Антагонистические нанотела имплицируют механизм образования пор GSDMD и потенциальное терапевтическое применение, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-52110-1
Информация о журнале: Nature Communications Предоставлено Университетской больницей Бонна
