Studi molecolari e in vivo di un glutammato

Nature Communications volume 13, numero articolo: 4446 (2022) Citare questo articolo

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La digestione del glutine genera peptidi tossici, tra cui un 33-mer altamente immunogenico ricco di prolina proveniente dall'α-gliadina del grano, che scatena la celiachia. La neprosina della pianta carnivora è una prolil endopeptidasi segnalata. Qui produciamo neprosina ricombinante e i suoi mutanti e scopriamo che la neprosina intera è uno zimogeno, che si autoattiva al pH gastrico mediante il rilascio di un pro-dominio tutto β tramite un meccanismo di commutazione del pH caratterizzato da un tappo di lisina . Il dominio catalitico è un sandwich β atipico a 7+8 filamenti con una fessura estesa del sito attivo contenente una coppia senza precedenti di glutammati catalitici. La neprosina degrada efficacemente sia la gliadina che il 33-mer in vitro in condizioni gastriche ed è inattivata in modo reversibile a pH > 5. Inoltre, la co-somministrazione di gliadina e dello zimogeno della neprosina nel rapporto 500:1 riduce l'abbondanza del 33-mer in nell'intestino tenue dei topi fino al 90%. La neprosina costituisce quindi una famiglia di glutammato endopeptidasi eucariotiche che soddisfa i requisiti per una glutenasi terapeutica.

La malattia celiaca (CoD) è un'enteropatia autoimmune cronica che colpisce individui con sensibilizzazione genetica e ambientale al glutine alimentare, un gruppo di proteine ​​di deposito della prolamina dei cereali ricche di prolina e glutammina1,2. Le prolamine che attivano il CoD includono la gliadina e la glutenina nel grano, l’ordeina nell’orzo e la secalina nella segale. Il danno intestinale può essere causato anche da circa 10 mg di glutine alimentare al giorno3, ovvero <0,1% della quantità presente in una tipica dieta occidentale2. La CoD rappresenta un onere sanitario globale per tutte le fasce di età, con una prevalenza sierologica mondiale dell’1,4%4 che aumenta del 7,5% ogni anno5. La malattia è causata da peptidi del glutine parzialmente degradati, compreso un frammento di 33 residui di α-gliadina del grano (33-mer) che è immunogenicamente il più rilevante2,6. Questi peptidi resistono all'ulteriore scissione da parte delle peptidasi della membrana a spazzola gastrica, pancreatica e intestinale a causa del loro elevato contenuto di prolina (13 nel 33-mer). Nei celiaci attraversano l'epitelio della mucosa dell'intestino tenue, dove i residui di glutammina vengono deammidati dalla transglutaminasi tissutale. Ciò migliora l'affinità dei peptidi per gli alleli DQ2.5/DQ2.2 e DQ8 del recettore dell'antigene leucocitario umano (HLA), necessari per lo sviluppo di CoD2. Il legame del recettore innesca una grave risposta autoimmune proinfiammatoria mediata dalle cellule T, con effetti intestinali tra cui linfocitosi intraepiteliale, iperplasia delle cripte, atrofia dei villi dell'intestino tenue e infiammazione della mucosa2. Questi portano al malassorbimento cronico dei nutrienti, diarrea, vomito, gonfiore, dolori addominali e linfomi intestinali. Le manifestazioni extraintestinali comprendono pubertà ritardata, osteoporosi, neuropatia assonale e atassia cerebellare7, che riducono l'aspettativa di vita dei celiaci. Non esiste un trattamento per la CoD, quindi i pazienti devono seguire per tutta la vita una dieta rigorosamente priva di glutine, che ripristina la normale architettura dei villi intestinali2. Tuttavia, le diete prive di glutine non forniscono un’alimentazione equilibrata7 e molti celiaci soffrono di sintomi intestinali anche se si aderiscono a tali restrizioni dietetiche8,9. Inoltre, il glutine si trova nella maggior parte degli alimenti trasformati e dei medicinali, rendendo difficile l’osservanza della dieta nelle società occidentali2. Ciò ha creato una richiesta di terapie CoD efficaci.

Un approccio promettente è lo sviluppo di endopeptidasi che scindono i peptidi tossici e agirebbero quindi come glutinasi autentiche per la terapia enzimatica orale10,11,12, che ricordano le compresse di lattasi per l'intolleranza al lattosio13. Un simile approccio andrebbe a vantaggio anche dei pazienti affetti da sensibilità al glutine non celiaca, che ha una prevalenza mondiale fino al 13%, e da sindrome dell’intestino irritabile, con una prevalenza <0,5%8,14,15. Una glutenasi candidata deve soddisfare determinati criteri per l'applicazione clinica. Innanzitutto, dovrebbe funzionare nello stomaco durante la digestione, prima che il bolo gastrico passi nel duodeno e dia inizio alla risposta autoimmune, e quindi deve rimanere stabile e attivo nell'ambiente acido gastrico (pH ~ 2,5) oltre a resistere alla pepsina gastrica. In secondo luogo, una dose ragionevole dovrebbe digerire in modo efficiente la gliadina e il 33-mer quando combinato con la pepsina in condizioni gastriche, che richiedono l’elaborazione di grandi quantità di proteine ​​alimentari. In terzo luogo, non dovrebbe danneggiare le strutture intestinali o inibire l’assorbimento dei nutrienti e quindi idealmente dovrebbe essere inattivo al pH postprandiale leggermente acido del duodeno16.