Биологи выяснили, что протеолитический процессинг галектина-3 меприном α/β в кишечнике не только регулируется микробиомом, но также модулирует его состав. Исследовательская группа под руководством профессора Кристофа Беккера-Поли из Института биохимии обнаружила важный механизм, влияющий на микробиом кишечника на моделях мышей.

Результаты опубликованы в журнале Science Advances.

«Впервые мы показали, что комплекс ферментов меприна α и меприна β, расположенных на клетках кишечника, влияет на состав микробиома, обрабатывая субстрат галектин-3», — объяснила первый автор Синтия Бюльк, доктор философии и студент Института биохимии Кильского университета. При этом, сам микробиом влияет на этот процесс.

Исследователи изучили взаимодействие регуляции ферментного комплекса на моделях мышей с различной бактериальной колонизацией. Они сосредоточились на ферментах, расщепляющих белок меприн α и меприн β, которые сильно экспрессируются в здоровом кишечнике и снижаются при хроническом воспалительном заболевании кишечника (ВЗК). Хронические воспалительные заболевания кишечника — это группа заболеваний кишечника, которая включает в себя неспецифический язвенный колит (НЯК) и болезнь Крона (БК, гранулематоз кишечника). Обе эти патологии при прогрессирующем течении нередко приводят к инвалидности и даже смерти.

«С одной стороны, мы хотели выяснить функцию мепринов в тонком и толстом кишечнике, а с другой — понять, как регулируется кишечный микробиом», — объясняют авторы исследования.

Протеазы меприна встречаются по всему кишечнику и присутствуют в виде комплекса мепринов α/β в толстой кишке, но это не типичные пищеварительные ферменты. Чтобы прояснить их функции, исследователи применили метод, основанный на масс-спектрометрии. Цель — найти субстраты, которые обрабатываются ферментным комплексом.

В итоге, ученые идентифицировали галектин-3. Он постоянно вырабатывается в ворсинках кишечника и находится как внутри клеток, так и вне их, в слизистом слое. Галектин-3 взаимодействует с бактериями, например, путем агглютинации. Исследование показало, что протеолитическое расщепление галектина-3 меприном α/β приводило к изменению свойств связывания микробов. При этом, в зависимости от бактериального состава меняется ферментативный процессинг галектина-3.

Протеолитический процессинг галектина-3 меприном α/β в кишечнике регулируется микробиомом (A), но также модулирует состав микробиома (B). Это играет важную роль в агглютинации бактерий (С) и связано с воспалительными процессами (Г). Следовательно, расщепление галектина-3 ферментным комплексом меприна α/β имеет решающее значение для гомеостаза микробиома хозяина. Авторы и права: К. Бюльк, Институт биохимии Кильского университета (рисунок создан с помощью BioRender)

Ученые также выяснили, что ферментативное расщепление галектина-3 приводит к сильной агглютинации (слипанию) и элиминации возбудителя Pseudomonas aeruginosa (также известен как синегнойная палочка). Этот вид грамотрицательных аэробных подвижных палочковидных бактерий обитает в воде, почве, возбудитель внутрибольничных инфекций у человека. Лечение затруднительно ввиду высокой устойчивости к антибиотикам.

Исследователи пришли к выводу, что расщепление галектина-3 ферментным комплексом меприна α/β имеет решающее значение для гомеостаза микробиома хозяина.