LABORATORIO DE URGENCIAS

Enzima Intestinal Podría Ser Biomarcador de Enfermedades

                                                                             Lucy Crouch; Marcelo Liberato; Paulina Urbanowicz; David Bolam et al

                                                                                                            Communications Nature; 11; article 4017 (2020)

                                                                                                                          Resumido por: Carmen Leitch

El tracto gastrointestinal (GI) humano es el hogar de una comunidad grande y compleja de microbios conocida como microbiota intestinal humana (MGH), con las mayores densidades reuniéndose en el intestino grueso, donde se estima que el número de células bacterianas es de ~100 billones.
La capa mucosa protege las células epiteliales del tracto gastrointestinal del huésped tanto de la microbiota normal como de los patógenos entéricos. El moco está compuesto predominantemente de mucinas formadoras de gel, que son glicoproteínas complejas secretadas por las células epiteliales. Se expresan diferentes genes de mucina en diferentes superficies mucosas de todo el cuerpo y las mucinas contienen al menos un 50 % de O-glicano en masa. En el colon, MUC2 es la mucina formadora de gel más abundante y está compuesta por ~80 % de glicano1. Si bien el número de diferentes monosacáridos y tipos de decoración con sulfato que forman las cadenas laterales de los oligosacáridos de mucina es relativamente limitado, el orden en el que se pueden ensamblar es enormemente variable.
La heterogeneidad entre las cadenas individuales de O-glicano conduce a una macromolécula altamente compleja y es esta complejidad la que proporciona cierta resistencia a la degradación microbiana y contribuye al papel protector de las capas mucosas. A pesar de esta heterogeneidad, algunos miembros bacterianos destacados de la microbiota han desarrollado la capacidad de alimentarse de mucinas, incluidos ciertos Bacteroides spp. y Akkermanisa muciniphila. Se cree que esta capacidad es fundamental para la colonización inicial de la microbiota en un recién nacido y, por tanto, para el desarrollo de una microbiota adulta sana. La mucina también permite la supervivencia en ausencia de glicanos derivados de la dieta y se ha demostrado que las especies que no degradan la mucina se alimentan de forma cruzada con degradadores de mucina, lo que contribuye a la supervivencia y estabilidad a largo plazo de la microbiota. Por el contrario, la degradación aberrante o excesiva de la capa mucosa por parte de la microbiota normal se ha relacionado con una mayor susceptibilidad a los patógenos, la enfermedad inflamatoria intestinal (EII) e incluso el cáncer colorrectal.
A pesar de la importancia que tiene para la salud intestinal la descomposición de la mucina por parte de la microbiota, se sabe poco sobre los detalles moleculares de este proceso. Los modelos actuales de degradación de mucina proponen un recorte secuencial extracelular de los azúcares terminales de las cadenas laterales de O-glicano mediante glicosidasas extracelulares de acción exo para eventualmente exponer la columna vertebral del péptido para la proteólisis. Este modelo de "exo-recorte" extracelular se basa únicamente en la actividad de las enzimas activas de mucina actualmente caracterizadas, como las sialidasas y las fucosidasas. El modelo de exo-recorte también contrasta directamente con las vías de degradación utilizadas por los Bacteroidetes Gram negativos, conocido como paradigma Sus. Los sistemas tipo Sus derivan su nombre (sistema de utilización de almidón) del primer sistema de este tipo caracterizado, pero cada aparato tipo Sus se dirige a un glucano distinto, y muchos Bacteroides spp. contienen de decenas a cientos de estos sistemas. En general, en sistemas similares a Sus, una glicanasa de acción endo de superficie escinde el sustrato (polisacárido o glicoconjugado) en oligosacáridos más pequeños para ser absorbidos por los complejos de membrana externa.
Se describe el descubrimiento y caracterización de glucósidos hidrolasas de acción endogénica expresadas por miembros degradantes de mucina del HGM que son capaces de escindir las cadenas de O-glicano de una variedad de mucinas animales y humanas diferentes. Estas O-glicanasas muestran actividad endo-β1,4-galactosidasa y se dirigen específicamente a las estructuras poliLacNAc que comprenden la columna vertebral principal de muchas cadenas de mucina-glicano.
Se predice que muchas de las enzimas están ubicadas en la superficie y, por lo tanto, respaldan un modelo en el que los pasos iniciales de la degradación de la mucina por parte de las bacterias intestinales implican la eliminación extracelular de oligosacáridos de la glicoproteína. También proporcionamos evidencia de que estas endo O-glicanasas podrían explotarse como herramientas para explorar la composición de O-glicanos humanos de una variedad de fuentes diferentes, con aplicaciones potenciales tanto en investigación básica como en medicina de precisión.
Este trabajo también propone un marcador de enfermedad intestinal. La enzima estudiada tiene un mecanismo único, eso es útil como herramienta de diagnóstico.
La capa de moco en el intestino actúa como una barrera crítica que protege al cuerpo de los billones de microbios que se encuentran allí; inhibe la inflamación y la infección en las células epiteliales intestinales que de otro modo serían causadas por la presencia de todos esos microorganismos. Las mucinas pueden contener moléculas de azúcar llamadas glicanos, que las bacterias intestinales eliminan y luego pueden utilizar como energía. Los investigadores descubrieron que una enzima que reside en la superficie de algunas bacterias recorta parte de la mucina y los microbios pueden consumirla.
El moco tiene la estructura de un árbol, con muchas ramas y hojas diferentes. Muchas de las enzimas descubiertas hasta ahora podrían cortar algunas de las hojas para comer, pero la enzima que estudiamos corta una rama entera; ese es un mecanismo bastante distintivo y nos proporciona un biomarcador útil para estudiar enfermedades.
Los cambios en los niveles de mucina se han relacionado con ciertas enfermedades, por lo que es posible realizar una biopsia para medir los niveles de glicanos en el intestino. Esa información podría usarse para determinar si existe riesgo de enfermedad intestinal.
En el estudio se observaron tejido extraído de adultos con cáncer colorrectal o colitis ulcerosa y de bebés prematuros con un trastorno inflamatorio intestinal grave llamado enterocolitis necrotizante en el que el intestino puede comenzar a morir. También marcaron los glicanos con fluorescencia para aprender más sobre sus estructuras y cómo varían entre los diferentes tipos de tejido, ello permitió ver las diferencias en la estructura entre el tejido sano y no sano que resultó bastante distintivas.
Esperamos poder utilizar estas enzimas para comenzar a producir mejores diagnósticos en las primeras etapas de estas enfermedades.