Открытие, опубликованное 3 июня в открытом доступе в рецензируемом журнале Американского общества микробиологии mBio, имеет важное значение для разработки более эффективного лечения Cryptococcus neoformans, причины заболевания и других заболеваний головного мозга. инфекции, а также при раке головного мозга, который трудно лечить обычными лекарствами.«Это исследование заполняет значительный пробел в нашем понимании того, как C. neoformans проникает через гематоэнцефалический барьер и вызывает менингит», — сказала Энджи Джелли, доцент фармакологии Калифорнийского университета в Дэвисе и главный исследователь исследования. «Мы надеемся, что наши открытия приведут к более эффективному лечению этого грибкового заболевания, а также других заболеваний центральной нервной системы».
Обычно мозг защищен от бактериальных, вирусных и грибковых патогенов в кровотоке плотно упакованным слоем эндотелиальных клеток, выстилающих капилляры в центральной нервной системе — так называемый гематоэнцефалический барьер. Относительно небольшое количество организмов и лекарств, которые могут бороться с инфекциями мозга или раком, могут преодолеть этот защитный барьер.
Грибок, изучаемый в этом исследовании, вызывает криптококковый менингоэнцефалит, обычно смертельную инфекцию мозга, от которой ежегодно страдает около 1 миллиона человек во всем мире, чаще всего с ослабленной иммунной системой. Обычно у людей впервые возникает инфекция в легких после вдыхания грибковых спор C. neoformans в почве или помете голубей. Затем возбудитель распространяется на мозг и другие органы.
Идентифицирован уникальный белокПытаясь выяснить, как C. neoformans преодолевает гематоэнцефалический барьер, исследователи выделили белки-кандидаты с поверхности криптококковых клеток. Одна из них была ранее не охарактеризованной металлопротеиназой, которую они назвали Mpr1. (Протеаза — это фермент — специализированный белок, который способствует химической реакции; металлопротеаза содержит ион металла — в данном случае цинк — который необходим для ее активности.) Класс металлопротеаз M36, к которому принадлежит Mpr1. уникален для грибов и не встречается в клетках млекопитающих.Затем исследователи искусственно создали штамм C. neoformans, лишенный Mpr1 на поверхности клетки.
В отличие от нормальных C. neoformans дикого типа, штамм без Mpr1 не мог пересечь искусственную модель гематоэнцефалического барьера человека.Затем они взяли штамм обычных пекарских дрожжей Saccharomyces cerevisiae, которые не проникают через гематоэнцефалический барьер и обычно не экспрессируют Mpr1, и модифицировали его, чтобы экспрессировать Mpr1 на его клеточной поверхности. Затем этот штамм получил способность преодолевать гематоэнцефалический барьер.
Затем исследователи заразили мышей либо C. neoformans, у которых отсутствовал Mpr1, либо штаммом дикого типа, введя микроорганизмы в их кровоток. Сравнивая патологию мозга мышей через 48 часов, они обнаружили многочисленные цисты, заполненные криптококками, в ткани мозга мышей, инфицированных штаммом дикого типа; эти поражения не были обнаружены у инфицированных штаммом, лишенным Mpr1.
В другом эксперименте после 37 дней заражения путем ингаляции 85 процентов мышей, подвергшихся воздействию C. neoformans дикого типа, умерли, в то время как все мыши, которым вводили гриб без Mpr1, были живы.«Наши исследования — первая наглядная демонстрация особой роли грибковой протеазы во вторжении в центральную нервную систему», — сказал Джелли. «Детали того, как именно он пересекает, — важная новая область исследования».Возможны новые таргетные методы леченияПо словам Джелли, их открытие имеет значительный терапевтический потенциал благодаря двум важным механизмам.
Либо Mpr1, либо один из аспектов механизма, с помощью которого он проникает через гематоэнцефалический барьер, может стать мишенью для новых лекарств для лечения менингита, вызванного C. neoformans. У человека, у которого развивается криптококковая инфекция легких, такое лечение в идеале могло бы снизить вероятность попадания грибка в мозг и привести к быстрому смертельному менингиту.Во-вторых, Mpr1 может быть разработан как часть средства доставки лекарств от инфекций и рака мозга. Антибиотик или лекарство для борьбы с раком, которое не может самостоятельно преодолеть гематоэнцефалический барьер, может быть прикреплено к наночастице, содержащей Mpr1, что позволит ей совершить поездку и доставлять товары туда, где они необходимы.
«Самым большим препятствием для лечения многих видов рака мозга и инфекций является получение хороших лекарств через гематоэнцефалический барьер», — сказал Джелли. «Если бы мы могли разработать эффективную систему доставки в мозг, то влияние на лечение некоторых из этих ужасных болезней было бы огромным».Группа Джелли в настоящее время занимается разработкой такой системы доставки лекарств в виде наночастиц с использованием Mpr1.
Они также продолжают исследовать точный молекулярный механизм, с помощью которого Mpr1 нарушает гематоэнцефалический барьер.Кием Ву из отдела фармакологии Калифорнийского университета в Дэвисе является ведущим автором статьи под названием «Для вторжения Cryptococcus neoformans в центральную нервную систему требуется секретируемая металлопротеиназа грибов».