Коктейль факторов роста защитил мышей от гибели при заражении сибирской язвой

Сибирская язва обычно поддается лечению на ранних стадиях, но первые симптомы ее респираторной формы легко спутать с симптомами гриппа, а после того, как болезнь пройдет «точку невозврата», пациент, как правило, обречен. Возбудитель сибирской язвы, Bacillus anthracis, при попадании в организм вызывает бактериальную инфекцию и токсемии. Три компонента его экзотоксина — эдематозный (EF), защитный (PA) и летальный (LF) факторы — относительно безопасны по отдельности. Токсин формируется, когда они объединяются попарно (LF и PA комбинируются в летальный токсин LT, а EF и PA — в эдематозный ET).

«Точкой невозврата» при системной сибирской язве считается момент, после которого организм хозяина уже не в состоянии восстановить поврежденные токсином клетки. Терапии, которая обеспечила бы восстановление, не существует, и для ее разработки необходимо точное понимание того, какие молекулярные механизмы задействуют токсины сибирской язвы. Уже известно, что одной из мишеней летального токсина служат киназы MEK, и теперь авторы статьи в Nature Microbiology проанализировали детали этого воздействия.

Инфицируя мышей различными штаммами B. anthracis, лишенными того или иного компонента, ученые установили, что основным фактором вирулентности служит LT. Именно он определяет смертность от сибирской язвы в первую очередь. По предположению авторов, механизм смертности завязан на важную для клетки сигнализацию ERK — токсин нарушает ее, расщепляя N-концевые фрагменты предшествующих участников сигнального пути, киназ MEK1 и MEK2. Для проверки гипотезы они сконструировали вариант MEK2 с модифицированным сайтом расщепления — такая киназа была устойчива к LT. Ее функциональность сохранилась по меньшей мере частично, и, в отличие от дикого типа, такая киназа позволяла клеткам выжить в присутствии летального токсина и защищала мышей от развития инфекции.

Помимо ERK, мишенью летального токсина могут становиться пути p38 и JNK — как и в предыдущем случае, он расщепляет киназы MEK, участвующие в передаче сигнала (MEK3 и MEK6). Ученые внесли в эти киназы мутации, чтобы сделать их устойчивыми к расщеплению. Эта устойчивость подтвердилась на культуре макрофагов. Трансгенные мыши, несущие такие мутации, также приобрели устойчивость к LT, кроме того, развитие инфекции B. anthracis у них оказалось затруднено.

Из-за устойчивости мышей к инфекции авторы предположили, что при сохранении функционального пути ERK или p38 организм животного успешно избавляется от бактерий. Для проверки этого исследователи заразили B. anthracis мышей дикого типа, с устойчивой к расщеплению MEK2 или MEK6, а также двойных мутантов, у которых обе киназы были устойчивы. Через два дня от инфекции погибло 40% мышей дикого типа, но все животные с мутациями выжили. Анализ крови и внутренних органов показал, что бактериальная нагрузка в тканях при наличии хотя бы одной устойчивой к расщеплению киназы была значимо снижена. В крови бактерии обнаруживались только у мышей дикого типа (3 из 7 животных).

Затем авторы проверили, может ли реактивация путей ERK или p38 оказать защитное влияние уже после «точки невозврата» при заражении сибирской язвой. Эксперименты проводили на клетках колоректального рака человека HT-29 — путь ERK в них конститутивно активирован и необходим для выживания. После расщепления токсином MEK1/2 можно было повторно активировать (фосфорилировать), воздействуя на рецептор эпидермального фактора роста (EGFR). Реактивация нарушенного ERK-сигналинга подтвердилась появлением в клетке фосфорилированной формы ERK и ее мишеней. Иными словами, после отщепления N-конца MEK1/2 не теряют функциональность совсем, а только снижают ее, требуя дополнительного сигнала. А вот нарушенный летальным токсином сибирской язвы путь p38 повторно активировать невозможно.

Перед тем, как перейти к опытам на мышах, ученые определили, какими лигандами можно эффективнее всего активировать ERK в основных клетках-мишенях сибирской язвы. Для кардиомиоцитов это оказался эпидермальный фактор роста (EGF), для эндотелиальных клеток — фактор роста фибробластов 2 (FGF2), для макрофагов костного мозга — колониестимулирующий фактор GM-CSF. Коктейль этих ростовых факторов вводили мышам, подвергавшимся действию летального токсина или зараженным B. anthracis. В обоих случаях смертность снизилась — при введении токсина выжило 60% мышей (и ни одна из контрольных), при системной инфекции — 70% мышей в экспериментальной группе и 10% в контрольной.

Таким образом, детальный анализ роли сигнальных путей ERK и p38 при инфекции сибирской язвой указал на способ предотвратить гибель зараженного организма даже после прохождения «точки невозврата» — реактивация киназ MEK с помощью определенных факторов роста снизила летальность у мышей. Авторы подчеркивают, что у человека и мыши патогенез вовлекает одни и те же белки, поэтому можно рассчитывать, что подход найдет и клиническое применение.

Мышей защитил от сибирской язвы фермент, уничтожающий бактериальную капсулу