Białko zwalcza bakterie: nowe odkrycia

Ludzki układ odpornościowy nieustannie pracuje nad odparciem szerokiej gamy najeźdźców, co wymaga różnorodnych sił komórkowych i broni molekularnej. Chociaż wiele już wiadomo na temat komórek obrony immunologicznej i stosowanych przez nie strategii, wiele szczegółów molekularnych pozostaje nieuchwytnych. Teraz zespół badawczy kierowany przez profesora Olivera Domke, kierownika laboratorium w Centrum Maxa Delbrücka, odkrył kluczowy mechanizm aktywacji GBP1, białka odgrywającego kluczową rolę w zwalczaniu niektórych bakterii. W EMBO Journal donoszą, jak białko przyjmuje specjalną konformację, która umożliwia mu otaczanie najeźdźców, a tym samym ich neutralizację. „Odkrycia pomagają nam lepiej zrozumieć mechanizmy obronne organizmu, a w przyszłości mogą pozwolić nam na ich stymulowanie w bardziej ukierunkowany sposób” – mówi Domke.

Niszcząca warstwa białkowa

GBP1, skrót od białka wiążącego guanylan 1, jest wytwarzany przez komórki organizmu w odpowiedzi na infekcję. Specyficznie wiąże się z GTP, wewnątrzkomórkowym transporterem energii chemicznej i nukleotydów, gdzie reguluje obronę przed patogenami bakteryjnymi, takimi jak Salmonella i Shigella. W niektórych przypadkach może to powodować ciężką biegunkę. GBP1 nie tylko specyficznie aktywuje obronę immunologiczną, ale także tworzy warstwę białkową wokół niepożądanych intruzów. To niszczy ich błonę, osłabiając bakterie i uniemożliwiając ich namnażanie. Naukowcy byli już świadomi tej strategii obronnej, ale szczegóły jej działania pozostały niejasne, podobnie jak centralny przełącznik molekularny w białku GBP1 odpowiedzialny za jego aktywację.

Zespół wykorzystał kriogeniczny mikroskop elektronowy o wysokiej rozdzielczości, który umożliwił wizualizację trójwymiarowej struktury białka i zbadanie każdego etapu tego mechanizmu. „GBP1 początkowo istnieje jako pojedynczy element składowy. Po aktywacji składa się jak szwajcarski scyzoryk” – wyjaśnia pierwszy autor artykułu, Marius Weissmehl, doktorant w laboratorium Domke.

„Tysiące tych rozwiniętych białek składa się w krążki, które z kolei gromadzą się w struktury rurkowe” – kontynuuje Weissmehl. „Te rurki w końcu przyczepiają się do błony bakteryjnej, gdzie tworzą się i owijają wokół niej jak koperta”. W ten sposób białka GBP1 neutralizują najeźdźców. Głównym celem badania było ujawnienie szczegółów budowy tych dużych struktur białkowych. „Nasze dane mikroskopowe w imponujący sposób pokazują, jak białka GBP1 przyklejają się do powierzchni błon jak szpilki i łączą się ze sobą poprzez wierzchołki” – mówi profesor Misha Kudryashev. Dodaje, że te nowe odkrycia stanowią istotny postęp w wyjaśnianiu mechanicznego funkcjonowania GBP1.

„Zidentyfikowaliśmy dźwignię molekularną, która odgrywa kluczową rolę w pierwszym etapie aktywacji” – mówi Weissmehl. Białko wykorzystuje energię zmagazynowaną w GTP do kontrolowania tej dźwigni i samoczynnej aktywacji. Mechanizm ten pozwala białku zmieniać swój kształt, dzięki czemu może wiązać się z innymi dimerami i tworzyć stabilną warstwę białka wokół bakterii. Naukowcy uzyskali tę wiedzę, zmieniając określone miejsca w białku, ujawniając w ten sposób różne funkcje, jakie pełni ono.

„Nasze wyniki po raz pierwszy ujawniają wyrafinowany mechanizm aktywacji GBP1, który prowadzi do kapsułkowania patogenów w przeciwdrobnoustrojowej powłoce białkowej” – podsumowuje Domke. Zdaniem Weismela w przyszłości możliwe będzie zbadanie, w jaki sposób klastry białek GBP1 oddziałują z innymi uczestnikami odpowiedzi immunologicznej, stymulując w ten sposób dalszą kaskadę sygnalizacyjną. Zespół badawczy jest optymistą, że ta podstawowa wiedza na temat ludzkiego układu odpornościowego pomoże lepiej zrozumieć bakteryjne choroby zakaźne i opracować nowe metody leczenia, które w szczególności wzmacniają odpowiedź immunologiczną podczas infekcji.

Więcej informacji