Исследователи раскрыли компонент процесса гибели клеток, который может сыграть жизненно важную роль в улучшении стратегии борьбы с инфекцией.

Ученые из Медицинской школы Университета Дьюка и Медицинской школы Университета Северной Каролины объединились с исследователями из Университета Вирджинии, чтобы определить функцию каспазы-7, фермента, который является частью программы самоуничтожения клетки. Хотя исследователям известно, что фермент участвует в этом процессе, его точная функция остается неясной.

Выводы опубликованы 15 июня в журнале Nature.

Исследователи обнаружили, что каспаза-7 запускает серию событий Руба Голдберга, которые позволяют клетке умирать упорядоченным образом, сказал старший автор исследования Эдвард Мяо, доктор медицинских наук, профессор кафедры иммунологии и медицины. Молекулярная генетика и микробиология в Университете Дьюка, а ранее был адъюнкт-профессором кафедры микробиологии и иммунологии Университета Северной Каролины.

Упорядоченная гибель клеток необходима для иммунного ответа. Однако без фермента умирающая клетка может сильно взорваться и вызвать побочный ущерб.

Мяо сказал, что это исследование закладывает основу для изучения захватывающих возможностей для терапевтического применения, особенно если каспазу-7 можно усилить или заблокировать.

«Нам еще так много нужно понять об основных компонентах наших клеток, о том, что они делают и почему», — сказал Мяо. «Если мы сможем раскрыть этот план, он может стать картой для понимания того, как болезнь перемещается в организме, что позволит ученым разработать более точный план действий. С открытием роли каспазы-7 в клетке мы в одном шаге. ближе к полной схеме».

В ходе исследования исследователи обнаружили, что каспаза-7 служит в качестве устройства синхронизации при гибели клеток. Он активирует белок, называемый кислой сфингомиелиназой или ASM, который запускает механизм восстановления клеточной мембраны, что, в свою очередь, дает клетке достаточно времени, чтобы привести свои дела в порядок перед смертью.

Чтобы определить функцию фермента каспазы-7, команда изучила различные модели инфекции на генетически измененных мышах и культивируемых тканях кишечника. Они рассмотрели роль каспазы-7 в двух типах упорядоченной гибели клеток — экструзии и апоптозе .

Роль каспазы-7 была различной в контексте различных патогенов — сальмонелл, листерий и редкого патогена, называемого Chromobacterium.

В случае с сальмонеллой клетки подвергаются упорядоченной гибели клеток, называемой экструзией. В этом контексте исследователи обнаружили, что отсутствие каспазы-7 вызвало ненужную гибель здоровых клеток, которая была побочным повреждением соседних инфицированных клеток, неспособных отделиться или выдавиться из своих соседей.

В случае с Chromobacterium и Listeria умирающие клетки обычно подвергаются процессу, называемому апоптозом, или запрограммированной гибелью клеток. Отсутствие каспазы-7 позволило бактериям пережить атаку иммунной системы, по-видимому, потому, что их инфицированная клетка-хозяин не выполнила какую-то задачу апоптоза перед тем, как взорваться.

Если с каспазой-7 можно манипулировать, Мяо сказал, что потенциальное применение исследует возможность нацеливания фермента в качестве детонатора гибели клеток , чтобы обойти устойчивость к антибиотикам .

Антибиотики являются стандартным и широким подходом к борьбе с инфекцией, но патогены разработали стратегии адаптации и сопротивления.

«Антибиотики не учитывают, что каждый патоген имеет свою собственную стратегию — некоторые из них живут вне клеток, некоторые живут внутри клеток. Если патоген находится внутри клетки, — сказал он, — вы можете усилить каспазу-7 до позволить зараженной клетке умереть правильным образом. Если вы знаете стратегию, которую использует патоген, вы можете помочь иммунной системе, настроив ее в правильном направлении».

«С другой стороны, если у вас есть патоген, перемещающийся за пределы клетки, и клетки взрываются ненадлежащим образом, может быть, мы могли бы повысить уровень каспазы-7, чтобы сохранить их жизнь, тем самым предотвратив чрезмерное повреждение», — сказал Мяо, отметив, что этот подход может быть эффективен против сепсиса.

Мяо сказал, что этот фермент также потенциально может играть важную роль в запуске иммунной системы для борьбы с раком.

«Раковые клетки, вероятно, запустили полную машину Руба Голдберга и умирают упорядоченным образом», — сказал Мяо. «Когда иммунная система приходит и осматривается, она видит, что вроде бы все в порядке, и уходит.

«Если бы вы могли выключить хитроумное изобретение Руба Голдберга, вместо того, чтобы аккуратно убрать его, опухолевая клетка просто лежала бы мертвой на полу», — сказал Мяо. «Это может привести к тому, что иммунная система встревожится и активируется. Теоретически это может заставить иммунную систему атаковать опухоль, которую она в противном случае проигнорировала бы».