Estudos moleculares e in vivo de um glutamato

Nature Communications volume 13, Número do artigo: 4446 (2022) Citar este artigo

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A digestão do glúten gera peptídeos tóxicos, entre os quais um 33-mer altamente imunogênico rico em prolina da α-gliadina do trigo, que desencadeia a doença celíaca. A neprosina da planta carnívora é uma prolil endopeptidase relatada. Aqui, produzimos neprosina recombinante e seus mutantes e descobrimos que a neprosina completa é um zimogênio, que é autoativado no pH gástrico pela liberação de um pró-domínio all-β por meio de um mecanismo de troca de pH com um plugue de lisina . O domínio catalítico é um β-sanduíche atípico de 7+8 fitas com uma extensa fenda no sítio ativo contendo um par inédito de glutamatos catalíticos. A neprosina degrada eficientemente tanto a gliadina quanto o 33-mer in vitro sob condições gástricas e é reversivelmente inativada em pH > 5. Além disso, a coadministração de gliadina e do zimogênio neprosina na proporção de 500:1 reduz a abundância do 33-mer em intestino delgado de camundongos em até 90%. Neprosina, portanto, funda uma família de glutamato endopeptidases eucarióticas que preenche os requisitos para uma glutenase terapêutica.

A doença celíaca (CoD) é uma enteropatia autoimune crônica que acomete indivíduos com sensibilização genética e ambiental ao glúten dietético, um grupo de proteínas armazenadoras de prolaminas de cereais ricas em prolina e glutamina1,2. Prolaminas que desencadeiam CoD incluem gliadina e glutenina no trigo, hordeína na cevada e secalina no centeio. Danos intestinais podem ser infligidos por apenas ~10 mg de glúten na dieta por dia3, que é <0,1% da quantidade encontrada em uma dieta ocidental típica2. A CoD é uma carga global de saúde em todas as faixas etárias, com uma prevalência sorológica mundial de 1,4%4 que aumenta 7,5% a cada ano5. A doença é causada por peptídeos de glúten parcialmente degradados, incluindo um fragmento de 33 resíduos da α-gliadina do trigo (33-mer) que é imunogenicamente o mais relevante2,6. Esses peptídeos resistem à clivagem adicional pelas peptidases da membrana da borda em escova gástrica, pancreática e intestinal devido ao seu alto teor de prolina (13 no 33-mer). Nos celíacos, atravessam o epitélio da mucosa do intestino delgado, onde os resíduos de glutamina são desamidados pela transglutaminase tecidual. Isso aumenta a afinidade dos peptídeos para os alelos DQ2.5/DQ2.2 e DQ8 do receptor do antígeno leucocitário humano (HLA), que são necessários para o desenvolvimento de CoD2. A ligação do receptor desencadeia uma resposta autoimune pró-inflamatória grave mediada por células T, com efeitos intestinais incluindo linfocitose intraepitelial, hiperplasia de cripta, atrofia das vilosidades do intestino delgado e inflamação da mucosa2. Estes levam à má absorção crônica de nutrientes, diarreia, vômitos, distensão abdominal, dor abdominal e linfomas intestinais. As manifestações extraintestinais incluem puberdade tardia, osteoporose, neuropatia axonal e ataxia cerebelar7, que reduzem a expectativa de vida dos celíacos. Não há tratamento para CoD, então os pacientes devem aderir a uma dieta rigorosa sem glúten ao longo da vida, o que restaura a arquitetura normal das vilosidades intestinais2. No entanto, dietas sem glúten não fornecem nutrição balanceada7, e muitos celíacos sofrem de sintomas intestinais mesmo com a adesão a tais restrições alimentares8,9. Além disso, o glúten é encontrado na maioria dos alimentos processados ​​e medicamentos, tornando a adesão à dieta um desafio nas sociedades ocidentais2. Isso criou uma demanda por terapias eficazes para CoD.

Uma abordagem promissora é o desenvolvimento de endopeptidases que clivam os peptídeos tóxicos e, assim, atuariam como glutenases de boa-fé para terapia enzimática oral10,11,12, reminiscente de comprimidos de lactase para intolerância à lactose13. Tal abordagem também beneficiaria pacientes com sensibilidade ao glúten não celíaca, que tem prevalência mundial de até 13%, e síndrome do intestino irritável, com prevalência <0,5%8,14,15. Um candidato a glutenase deve atender a certos critérios para aplicação clínica. Primeiro, ele deve funcionar no estômago durante a digestão, antes que o bolo gástrico passe para o duodeno e inicie a resposta autoimune e, portanto, deve permanecer estável e ativo no ambiente gástrico ácido (pH ~ 2,5), além de resistir à pepsina gástrica. Em segundo lugar, uma dose razoável deve digerir eficientemente a gliadina e o 33-mer quando combinados com a pepsina sob condições gástricas, o que requer o processamento de grandes quantidades de proteína dietética. Em terceiro lugar, não deve prejudicar as estruturas intestinais ou inibir a absorção de nutrientes e, portanto, idealmente, deve ser inativo no pH pós-prandial levemente ácido do duodeno16.