Патоген диареи модифицирует поверхность кишечных клеток, облегчая колонизацию бактериями

Прием антибиотиков часто повреждает естественную флору кишечника, что мешает ей сдерживать патогены, приводя к диарее и воспалению кишечника. Clostridium difficile — один из таких патогенов, атакующих клетки кишечника токсинами. Бактерии, среди прочего, вызывают образование тонкой сети выступов на поверхности кишечных клеток, что позволяет заселиться другим бактериям.

Проф. д-р д-р Клаус Акторис и д-р Карстен Шван с исследовательской группой из Института экспериментальной и клинической фармакологии и токсикологии Университета Фрайбурга показали, как токсин CDT бактерий C. difficile формирует эти клеточные выступы. Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). «Изучая токсин CDT, мы можем лучше понять, как патогены вызывают кишечные воспаления и как они развиваются», — говорит Акторис. — «Мы также можем использовать токсин как инструмент для изучения фундаментальных физиологических процессов».

Особо агрессивные бактерии вида C. difficile производят токсины, разрушающие клеточную структуру кишечных клеток. Это нарушает контакты между клетками и их барьерную функцию, что может вызвать диарею и воспаление. Два ключевых элемента клеточного каркаса — актин и микротрубочки — играют важную роль в поддержании формы клетки, ее барьерной функции и клеточных движений. Токсин CDT C. difficile модифицирует актин, блокируя образование его цепей и нарушая нормальную функцию. В результате цепочки микротрубочек формируются легче, их становится так много, что образуются многочисленные клеточные выступы. Они создают сеть на поверхности кишечной клетки и способствуют контакту бактерий с клеткой-хозяином.

До сих пор было неизвестно, как CDT формирует эти выступы. Ученые из Фрайбурга показали, что влияние токсина на взаимодействие двух каркасных белков, актина и тубулина, зависит от третьего элемента — септинов. В человеческой клетке существует до 13 различных септинов. Они взаимодействуют друг с другом и могут образовывать цепи, кольца или ленты в процессе полимеризации. CDT модифицирует актин так, что септины больше не могут связываться с актином и вместо этого мигрируют к клеточной мембране. Там они формируют воротничкообразные полимеры септинов, внутри которых растут трубчатые микротрубочки. Септины напрямую взаимодействуют с кончиками растущих микротрубочек и служат для них направляющими при росте.

Исследование также проливает свет на развитие воротничковых структур из септинов. Белки Cdc42 и Borg регулируют транспорт септинов к мембране и являются необходимым условием для формирования этих воротничков.

Подобно тому, как токсин CDT вызывает образование выступов, септины также играют роль в нервной системе человека, формируя нервные выросты — нейриты. Здесь также тесно взаимодействуют актин, микротрубочки и септины для создания микроскопически схожих структур. Изучение этого токсина помогает лучше понять фундаментальные процессы в организме человека.