Амилоид - это высокоупорядоченное состояние сборки фибриллярных белков, которое может быть функциональным или патогенным.
Обширные исследования, проведенные в последние десятилетия, показали, что амилоид состоит из неразветвленных фибрилл диаметром ~10 нм, характеризующихся четко выраженными β-слоями, в которых составляющие нити ориентированы перпендикулярно оси фибрилл. Однако появляющиеся данные свидетельствуют о том, что поперечные α-структуры также присутствуют в амилоидных агрегатах.
Природные или функциональные амилоиды обладают непатологической функциональностью и выполняют четко определенные физиологические функции, распространенные в различных организмах животного мира, включая человека и беспозвоночных, таких как насекомые и паукообразные. Примечательно, что бактерии, включая Escherichia coli и Pseudomonas, также способны вырабатывать функциональный амилоид. Хотя кишечная палочка является хорошо зарекомендовавшим себя представителем кишечного микробиома человека, важно отметить, что виды Pseudomonas обычно не считаются комменсальными обитателями желудочно-кишечного тракта. Вместо этого они чаще встречаются в окружающей среде и связаны с оппортунистическими инфекциями, особенно у людей с определенными заболеваниями, которые делают их более уязвимыми. Тем не менее, как E. coli, так и виды Pseudomonas выделяют функциональные белки, образующие амилоидные структуры, которые собираются в функциональные амилоиды.
Бактериальные амилоидные фибриллы играют ключевую роль в поддержании структурной целостности биопленок, позволяя бактериям прилипать к поверхностям и другим бактериальным клеткам, удерживать питательные вещества и воду, а также выступать в качестве защитного барьера. Патогенные микроорганизмы, образующие биопленки, защищены от противомикробных препаратов и атак иммунной системы хозяина, что делает их более контагиозными и трудноизлечимыми. Следует отметить, что 80% всех хронических инфекций ассоциированы с бактериальными биопленками. В отличие от этих (с бактериальной точки зрения) доброкачественных амилоидов, патогенные амилоиды представляют собой класс белковых агрегатов, связанных с широким спектром неизлечимых заболеваний, приводящих к истощению, включая болезнь Альцгеймера (БА), болезнь Паркинсона (БП) и сахарный диабет II типа. Каждое заболевание характеризуется отложением специфических амилоидогенных пептидов или белков, демонстрирующих разнообразную патогенность амилоидных агрегатов и связанных с ними клинических проявлений.
H. pylori, распространенная грамотрицательная бактерия, обитает в слизистой оболочке желудка человека примерно у 50% населения земного шара и провоцирует целый ряд желудочно-кишечных заболеваний, включая язву желудка. Более того, она может повышать восприимчивость к сердечно-сосудистым заболеваниям и нейродегенеративным расстройствам, включая БП и БА, хотя точные механизмы остаются неясными. H. pylori также может изменять микробиоту как в желудке, так и в кишечнике и влиять на выработку и физиологическую регуляцию метаболических гормонов кишечника.
Штаммы H. pylori можно разделить на CagA-позитивные (цитотоксин–ассоциированный ген А) и CagA-негативные типы в зависимости от наличия или отсутствия гена CagA. CagA-позитивные штаммы H. pylori изменяют разнообразие и обилие кишечной микробиоты. Несмотря на растущее количество исследований, посвященных влиянию белка CagA на микробиоту кишечника, механизм, посредством которого он влияет на микробиоту кишечника, до конца не изучен. H. pylori использует систему секреции IV типа (T4SS) для введения CagA в клетки. Среди белков, продуцируемых штаммом 26695 H.pylori, CagA, занимает четвертое место по распространенности; однако в клетки-хозяева фактически вводится только часть доступного количества CagA.
Учитывая, что токсичность CagA связана с его проникновением в цитоплазму клетки-хозяина через T4SS, предназначение CagA, не подвергшегося инъекции в цитоплазму, и его потенциальная внеклеточная роль заслуживают изучения. CagA обнаруживается на микромолярном уровне в сыворотке крови лиц, инфицированных H. pylori, а также в супернатанте культур H. pylori. Эти наблюдения позволяют предположить, что влияние CagA выходит за рамки внутриклеточных взаимодействий, воздействуя на клетки в пределах его внеклеточного микроокружения.
Более того, CagA был обнаружен во внеклеточных везикулах, выделенных из сыворотки крови, таких как экзосомы у инфицированных пациентов, и эти везикулы потенциально могут доставлять CagA в отдаленные органы и ткани. Специфическая динамика и последствия воздействия CagA во внеклеточном пространстве остаются в значительной степени неизвестными. В то время как основная часть исследований по белку CagA была сосредоточен на его постинъекционных эффектах, CagA может играть более широкую биологическую роль, включая возможное системное воздействие за пределами первичного очага инфекции H. pylori.
В этой статье мы сообщаем о нашем неожиданном открытии, что CagA H. pylori эффективно блокирует образование амилоида с помощью широкого спектра субстратов. Это указывает на механизм, посредством которого H. pylori взаимодействует с другими бактериями и человеком. Открытие того, что белок CagA является мощным ингибитором амилоида широкого спектра действия, указывает на то, что бактерии в естественной среде обитания, возможно, выработали механизмы регуляции образования амилоида, потенциально влияющие на рост и поведение других бактерий, обитающих в биопленках и/или связанных с нарушением свертывания белков у человека.
Исключительная эффективность CagA в подавлении образования амилоида, при отсутствии более традиционной шаперонной активности, свидетельствует об уникальном эволюционном механизме, с помощью которого H. pylori взаимодействует с окружающей средой. В дополнение к широким антиамилоидным эффектам, наблюдаемым у CagA, наши результаты выявляют несколько ключевых отличий от других известных ингибиторов амилоида, таких как альбумин и арабиногалактановый белок. Примечательно, что CagA проявляет значительный ингибирующий эффект при наномолярных концентрациях, что значительно ниже порогового значения, обычно требуемого для крупных белков. Кроме того, выделенный домен II CagA сохраняет мощную антиамилоидную активность, что указывает на специфический целевой механизм, который не зависит от его размера.
Эти уникальные характеристики CagA подчеркивают его ранее неизвестную роль в ингибировании амилоида и предполагают четкую эволюционную адаптацию в качестве фактора бактериальной вирулентности. Хотя связь этого механизма с другими бактериальными инфекциями неясна, было выявлено структурное сходство между CagA H. pylori и другими бактериальными белками, такими как белок внешней поверхности Borrelia burgdorferi (Osp). B. burgdorferi, возбудитель болезни Лайма, проявляет ряд симптомов после передачи через укусы иксодовых клещей и белок внешней поверхности OspA из B. burgdorferi имеет структурное сходство со специфической однослойной β-областью домена CagA II. Вероятно, антиамилоидная активность бактериальных белков могла развиться как способ взаимодействия с человеком и другими бактериями.
