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Jul 12, 2023

Biologia delle comunicazioni volume 6, numero articolo: 878 (2023) Citare questo articolo

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Le infezioni da Clostridioides difficile, un batterio che colpisce l’intestino crasso (colon), colpiscono un gran numero di persone in tutto il mondo. La colonizzazione batterica è mediata da due esotossine: le tossine A e B. Brevi peptidi che possono essere rilasciati nell'intestino e inibire l'attività biocatalitica di queste tossine rappresentano una strategia terapeutica promettente per prevenire e trattare C. diff. infezione. Descriviamo un approccio che combina un algoritmo Peptide Binding Design (PepBD), simulazioni a livello molecolare, un test di screening rapido per valutare il legame peptide:tossina, un test primario basato su cellule umane e misurazioni della risonanza plasmonica superficiale (SPR) per sviluppare il peptide inibitori che bloccano la tossina A nelle cellule epiteliali del colon. Si è scoperto che un peptide, SA1, blocca la tossicità del TcdA nelle cellule epiteliali del colon umano (intestino crasso) di derivazione primaria. SA1 lega TcdA con un KD di 56,1 ± 29,8 nM misurato mediante risonanza plasmonica superficiale (SPR).

Clostridioides difficile (C. diff.) è un batterio Gram-positivo sporigeno che infetta il tratto intestinale dell'uomo e degli animali. Nell'ultimo decennio, C. diff. l’infezione è stata la principale causa di diarrea e infiammazione del colon nel Nord America e in Europa1. In molti casi, l’infezione da C. difficile è la conseguenza di uno squilibrio microbico causato da un trattamento eccessivo con antibiotici come penicillina, carbapenemi e fluorochinoloni2,3. Questi interrompono il microbioma intestinale, consentendo la germinazione di C. diff. spore e portando alla proliferazione di batteri e al successivo rilascio di tossine virulente. Nel 2017, più di 200.000 persone sono state infettate da C. diff. provocando 12.800 morti solo negli Stati Uniti4,5. La maggior parte delle infezioni sono associate alle cure ospedaliere e oltre l'80% dei decessi si verifica in persone di età superiore ai 65 anni6. L'epitelio del colon è il sito primario dell'infezione poiché le cellule epiteliali che rivestono la parete intestinale sono altamente sensibili agli effetti delle tossine di C. diff e C. diff colonizza preferenzialmente il colon7,8.

La patogenicità di C. diff. deriva principalmente da due tossine principali: la tossina A (TcdA) e la tossina B (TcdB)9,10. C.diff. aderisce alla parete intestinale utilizzando le proteine ​​dello strato superficiale e produce due grandi tossine Rho-glucosilanti, TcdA e B, che condividono un'omologia di sequenza di circa il 63%11,12. Queste tossine comprendono quattro domini: dominio della glucosiltransferasi (GTD), dominio dell'autoproteasi (APD), dominio di consegna e dominio degli oligopeptidi ripetitivi combinati (CROP) (Fig. 1a). Il C. diff. le tossine agiscono tramite un meccanismo intracellulare in quattro fasi (Fig. 1b): (1) Il dominio CROP, che si trova all'estremità C-terminale delle tossine, si lega alle molecole di carboidrati e alle proteine ​​sulla superficie delle cellule epiteliali del colon13,14,15 ; (2) il dominio di rilascio aiuta a traslocare la tossina nel citosol delle cellule bersaglio; (3) l'APD scinde la GTD dal resto della tossina; e (4) la GTD utilizza l'uridina difosfato glucosio (UDP-glucosio) per glucosilare le GTPasi della famiglia Rho presenti nelle cellule epiteliali intestinali. La glucosilazione di queste GTPasi della famiglia Rho interrompe la trascrizione, la progressione del ciclo cellulare, l'apoptosi e la regolazione del citoscheletro, portando a effetti citopatici e citotossici16,17,18,19.

a Viene illustrata la struttura cristallina della tossina A con il dominio della glucosiltransferasi (GTD, rosso), il dominio dell'autoproteasi (APD, blu) e il dominio di rilascio (arancione) (ID PDB: 4R04). b Schema della tossicità indotta da TcdA nelle cellule epiteliali umane. c Il sito catalitico di TcdA (mostrato in blu) nel GTD (rosso) svolge un ruolo importante nell'indurre C. diff. infezione.

Sono stati sviluppati molteplici approcci terapeutici per trattare C. diff. infezione. La pratica standard è il trattamento con antibiotici (metronidazolo e vancomicina), ma nel 20% dei casi l'infezione si ripresenta20. L'esposizione a questi antibiotici altera la comunità microbica nell'intestino, facilitando la colonizzazione da parte di C. diff21. Merck ha introdotto un anticorpo monoclonale, Bezlotoxumab, (commercializzato come Zinplava) che prende di mira la tossina B di C. diff. Mentre il tasso di infezioni ricorrenti tra i pazienti trattati con Bezlotoxumab era sostanzialmente inferiore rispetto a quello delle coorti trattate con antibiotici, l'alto costo di una singola dose (~ $4 K) e la sua infusione endovenosa sono onerose22,23. Un altro C. diff. il trattamento è il trapianto di microbiota fecale (FMT), un trattamento sperimentale non ancora approvato dalla FDA24. I metodi di somministrazione dell’FMT e le strategie di dosaggio ottimali variano ancora da caso a caso. Inoltre, la FMT comporta il rischio di trasmettere malattie infettive e batteri resistenti agli antibiotici25.