La mucina: un enzima in grado di degradarla come biomarcatore di patologie intestinali

Il tratto gastrointestinale

Il tratto gastrointestinale del nostro organismo non è solo costituito da cellule epiteliali, ma anche da una vasta e complessa comunità microbica, il microbiota intestinale. Il microbiota è, oggi, molto studiato per i suoi effetti benefici sul nostro organismo e, anche, per la sua correlazione con sempre più patologie. Per questo, il nostro organismo ha messo in atto un sistema di difesa delle sue cellule contro i batteri del microbiota e i patogeni enterici. Si tratta di una barriera costituita da mucina: il muco.

Composizione del muco: la mucina

Il muco è prevalentemente costituita da mucine gelificanti (Figura 1) secrete dagli epiteli ghiandolari del tratto respiratorio, gastro-intestinale e genitale. Le mucine sono delle glicoproteine complesse costituite per il 50% da catene di zuccheri, i glicani.

Nell'immagine si osserva a destra la struttura della mucina e a sinistra una catena laterale di glicani.
Figura 1 – A destra è possibile osservare la struttura della mucina, mentre a sinistra si osserva nel dettaglio una catena laterale di glicani.

Nonostante i componenti delle mucine siano gli stessi in tutto l’organismo, quello che cambia è il modo in cui questi vengono assemblati per formare la glicoproteina finale. Questa eterogeneità promuove una certa resistenza alla degradazione da parte dei batteri, conferendo al muco la sua funzione protettiva.

Il muco e il microbiota

Nel nostro microbiota ci sono alcune specie batteriche, quali alcuni Bacteroides spp. e Akkermansia muciniphila (Figura 2), che sono in grado di degradare la mucina per utilizzarne gli zuccheri come nutrimento. Questo sembra essere fondamentale per la colonizzazione iniziale, da parte del microbiota, del tratto gastrointestinale del neonato e per lo sviluppo di un microbiota sano nell’adulto.

Akkermansia muciniphila, un batterio del microbiota in grado di degradare la mucina.
Figura 2 – Akkermansia muciniphila

Allo stesso tempo, però, ci deve essere un equilibrio nella degradazione della barriera di muco. Infatti, una degradazione eccessiva promuove una maggiore suscettibilità ai patogeni, a malattie infiammatorie intestinali (IBD) e anche al cancro del colon-retto.

L’enzima in grado di degradare la mucina

I ricercatori della University of Birmingham e della Newcastle University hanno identificato un enzima chiave nella degradazione della mucina. Questo enzima, prodotto dai batteri del microbiota in grado di degradare la mucina, è una O-glicanasi appartenente alla famiglia delle glicoside idrolasi 16 (GH16).

Si tratta di enzimi con attività endo-β1,4-galattosidasica diretta verso le strutture di poli-N-acetil-lattosamina (PolyLacNAc), che sono alla base di numerose catene di glicani delle mucine. Infatti, questi enzimi hanno il compito di tagliare le catene laterali di glicani di mucine umane e, più in generale, animali. Trattandosi di enzimi appartenenti alla famiglia delle GH16, sono localizzati sulla superficie della cellula batterica e partecipano alle fasi iniziali di degradazione della mucina. Per prima cosa tagliano le catene di glicani e, poi, ne promuovono l’internalizzazione nella cellula, dove avviene la degradazione.

Un enzima come biomarcatore

Sapendo che la composizione dei glicani varia a secondo degli stati fisio-patologici in cui si trova l’organismo, i ricercatori si sono chiesti se questo enzima potesse essere utilizzato come biomarcatore per alcune patologie intestinali.

I ricercatori hanno, quindi, testato l’attività dell’enzima su tre diversi tipi di tessuti e/o cellule umani. I campioni, presi in considerazione, sono campioni di colite ulcerosa (UC) provenienti da due adulti, campioni provenienti da 4 neonati pretermine con enterocolite necrotizzante (NEC) e colture cellulari di cancro del colon-retto (CRC) di differenti pazienti. Il test è stato condotto sul muco raschiato via dai tessuti (primi due casi) e su quello prodotto dalle cellule (ultimo caso). Per avere informazioni utili circa la struttura dei glicani, gli studiosi li hanno marcati con un colorante fluorescente. L’analisi ha evidenziato ben 22 diversi oligosaccaridi nei campioni analizzati, con una differenza nei profili dei glicani tra i tre tipi di campioni (Figura 3).

Grafici che presentano il risultato dell'analisi condotta su campioni di colite ulcerosa, enterocolite necrotizzante, cancro del colon-retto.
Figura 3 – I tre grafici sono stati ottenuti mediante LC-MS-ESI e mostrano i risultati dello studio. In particolare è possibile osservare la differenza nei profili dei glicani nei tre campioni analizzati: colite ulcerosa (a), enterocolite necrotizzante (b) e cancro del colon-retto (c).

Questi risultati ci aiutano a comprendere come la degradazione della mucina possa essere un processo fisiologico utile per il mantenimento della simbiosi ospite-microbiota, ma anche patologico, quando incontrollata. La scoperta di questo enzima potrebbe essere utile per l’individuazione di tecniche meno invasive e più rapide per la diagnosi e il monitoraggio di patologie intestinali come quelle analizzate nello studio.

Emanuela Pasculli

Fonti

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