Zonulin er et protein som modulerer permeabiliteten til de tette koblingene mellom cellene i veggen av fordøyelseskanalen . Det er forløpermolekylet til haptoglobin 2 (Pre-HP2), så de to begrepene kan brukes om hverandre. Den representerer en biomarkør for flere patologiske tilstander, inkludert autoimmune sykdommer , kreft og sykdommer i nervesystemet . [ 1 ] Det ble oppdaget i 2000 av Alessio Fasano og teamet hans ved University of Maryland School of Medicine . [ 2 ]
Dette proteinet har blitt identifisert som en haptoglobin- forløper , og det er derfor de deler en veldig lik sekundær struktur. Likevel har haptoglobin, i sin mest modne fase, en funksjon som er godt differensiert fra den som utføres av zonulin. [ 3 ]
Zonulin er involvert i intestinal medfødt immunitet og er overuttrykt i flere autoimmune sykdommer, inkludert cøliaki og type 1 diabetes , hvor dysfunksjon av intestinale intercellulære tight junctions ser ut til å være den primære defekten. [ 1 ]
Zonulins hovedfunksjon er å regulere flyten av molekyler mellom tarmen og blodet , og det er derfor det har en grunnleggende rolle i toleranse/immunresponsbalansen. [ 1 ] Det fungerer ved å løsne intercellulære tette koblinger for å tillate passasje av næringsstoffer og blokkere passasjen av makromolekyler, slik som ufullstendig fordøyde næringsfragmenter og mikroorganismer som finnes i tarmen. [ 4 ]
Ved overproduksjon av zonulin åpnes tarmveggens tette koblinger ( tarmpermeabiliteten øker ), tarmen mister sin beskyttende barrierekapasitet og makromolekyler som ikke bør passere inn i blodstrømmen, noe som kan forårsake (både i tarmen som i andre organer) autoimmune reaksjoner , betennelse og kreft , samt infeksjoner og allergier . [ 1 ]
De to mest potente faktorene som forårsaker frigjøring av zonulin, med påfølgende økning i intestinal permeabilitet for makromolekyler, er visse tarmbakterier og gluten fra hvete og homologe korn. Gliadin ( et glykoprotein som er en del av gluten ) aktiverer zonulinsignalering uavhengig av genetisk disposisjon, det vil si både hos cøliaki og ikke-cøliaki. [ 1 ] [ 5 ]
Som et resultat av oppdagelsen har nye forskningsveier blitt etablert, med et felles mål: forbedringer i behandlingen av sykdommer der zonulin spiller en stor rolle.
Dr. Alessi Fasano anerkjent pediatrisk gastroenterolog , forsker og gründer, grunnlegger av Center for Celiac Research ved University of Maryland , (Maryland University Center for Celiac Research) oppdaget zonulin helt uventet under forskningen og opprettelsen av en vaksine mot koleraen ved å eliminere et kraftig giftstoff kalt "koleratoksin" som forårsaker alvorlig diaré.
Opprinnelig var vaksinen effektiv i dyreforsøket, men på tidspunktet for evalueringen på mennesker var ikke resultatene som forventet. Vaksinen klarte å senke nivåene av diaré, fra ca. 20 liter hos forsøkspersonene som var infisert med det opprinnelige toksinet, til ca. 4 liter restdiaré.
På grunn av disse resultatene bestemte Dr. Fasano seg for å undersøke hva som var årsaken til denne gjenværende diaréen og hvorfor den bare dukket opp hos mennesker. De oppdaget et giftstoff med en spesielt kompleks mekanisme. [ 6 ]
Basert på funnene gjort av en gruppe japanske forskere på midten av 1980-tallet, som avslørte at det intracellulære rommet ikke er sementert, det vil si at de presenterte dette rommet som porter kalt zonula occlude , TJ for dets akronym på engelsk, som generelt sett , ble de holdt lukket selv om det var mulighet for å åpne dem. Dr. Fasano og teamet hans konkluderte med at dette toksinet, bak som en komplisert signalmekanisme er skjult, var ansvarlig for åpningen av dette intercellulære rommet, de såkalte tight junctions. Den gjorde dette ved å produsere et molekyl, zonulin. [ 7 ]
Zonulin har blitt identifisert som et haptoglobin -forløperprotein , av denne grunn deler det kodingsgenet (HP) som er lokalisert på kromosom 16 [ 1 ] Dette genet har en polymorfisme (bare tilstede hos mennesker) som genererer to mulige alleler: HP1 og HP2 (som er massen til HP2 høyere med 2 kb enn HP1) som følgelig genererer tre mulige fenotyper: HP11, HP12 og HP22. [ 8 ]
Den primære strukturen til zonulin er sammensatt av følgende rester: [ 9 ]
RILGGHLDAKGSFPWQAKMVSHHNLTTGATLINEQWLLTTAKNLFLNHSENATAKDIAPTLLTLYVGKKQLVEIEKVVLHPNYSQVDIGLIKLKQKVSVNERVMPICLPSKDYAEVGRVGYVSGWGRNANFKFTDHLKYVML
PVADQDQCIRHYEGSTVPEKKTPKSPVGVQPILNEHTFCAGMSKYQEDTCYGDAGSAFAVHDLEEDTWYATGILSFDKSCAVAEYGVYVKVTSIQDWV
Dette er resultatet av en serie proteolyse (dimerisering) prosesser som utføres i det endoplasmatiske retikulum (takket være Cr1LP komplementet, [ 3 ] en serin protease) [ 6 ] og som genererer en miljøproteinenhet på ca. 47 kDa. [ 3 ]
Sekundær strukturNår det gjelder den sekundære strukturen , finner vi to typer struktur grunnleggende:
Selv om den sekundære strukturen til HP2 og zonulin er svært like, er den tertiære strukturen til disse proteinene forskjellig [ 3 ] , og derfor har de forskjellige funksjoner: på den ene siden er det modne haptaglobinet ansvarlig for å forhindre overdreven oksidasjon av vev gjennom dannelse av HP-Hb-komplekset, mens zonulin er grunnleggende ansvarlig for å bevare integriteten til tight junctions . [ 1 ]
På den annen side viser nyere studier at den ubehandlede formen (en enkelt proteinstreng) av zonulin utfører en annen type funksjon: aktivering av vekstfaktorer ( spesielt EGFR ) og dermed forårsaker en rekke reaksjoner, avhengig av PAR2 , [ 3 ] som ender med at de tette knutepunktene brytes. [ 6 ]
Tarmepitelet, med sine tette koblinger , regnes som en av barrierene som kontrollerer inntrengningen av makromolekyler i kroppen. Makromolekylær trafficking er først og fremst regulert av intestinal permeabilitet, som igjen reguleres av tight junction modulering av zonulin. Zonulin er den eneste fysiologiske modulatoren av tight junctions kjent til dags dato som er involvert i denne handelen med makromolekyler og derfor i balansen mellom toleranse og immunresponsen mot eksterne antigener. [ 1 ]
Paracellulære rom er anslått til å være mellom 10 og 15 Å i størrelse, og derfor blir oppløste stoffer med en molekylær radius større enn 15 Å (≈ 3,5 kDa) normalt ekskludert fra denne absorpsjonsveien. Imidlertid, hvis det er overekspresjon av zonulin hos genetisk følsomme individer, endres intestinal permeabilitet, og overdreven flyt av fremmede antigener i intestinal submucosa kan føre til autoimmune, inflammatoriske og neoplastiske intestinale og ekstraintestinale lidelser . [ 3 ] Til dags dato er zonulin kjent for å være overuttrykt i noen autoimmune lidelser som cøliaki og type 1 diabetes.
Zonula occludens-toksin (Zot) er et enterotoksin produsert av en gram-negativ bakterie ( Vibrio cholerae ). Dette toksinet ble funnet å reversibelt åpne tight junctions og dermed regulere den paracellulære banen i epitelet i tarmen. Oppdagelsen av dette toksinet førte til oppdagelsen av dets motstykke i eukaryote celler : zonulin. Blant de mange funksjonene som zonulin antas å være involvert i inkluderer, bortsett fra reguleringen av bevegelser av væsker, makromolekyler og leukocytter mellom blodstrømmen og tarmens lumen og omvendt, beskyttelse mot kolonisering av intestinale mikroorganismer. proksimal tarm (medfødt immunitet). ). [ 10 ]
Selv om denne mekanismen ikke er fullstendig forstått, er den intracellulære signaleringen av zonulin som antas å åpne de tette koblingene i tarmen, beskrevet av Dr. Alessio Fasano, som følger:
Zonulin gjenkjennes av en spesifikk membranreseptor som finnes på veggene i tarmen. Proteinet aktiverer fosfolipase C , som hydrolyserer fosfatidylinositol for å frigjøre inositol 1,4,5-trifosfat og diacylglycerol (DAG). PKCα (proteinkinase C α) aktiveres deretter av DAG eller ved intracellulær kalsium (Ca 2+ ) frigjøring. Aktivering av PKCα katalyserer fosforyleringen av målproteiner med påfølgende polymerisering av G - aktin til F-aktin . Denne polymerisasjonen forårsaker omorganisering av aktinfilamenter og den påfølgende fortrengningen av proteiner fra tight junction- komplekset . Som et resultat blir de tette koblingene i tarmen mindre stramme. Når zonulin-signalering stopper, går tight junctions tilbake til sin vanlige konformasjon. [ 7 ]
Påvisningen av zonulin kan gjøres gjennom det som er kjent som en ELISA -teknikk (enzyme-linked microabsorption assay). Når en prøve trekkes, analyseres konsentrasjonen av zonulin (svært variabel, men vanligvis innenfor et område mellom 0,625 ng/ml og 40 ng/ml) ved hjelp av antigen - antistoff -interaksjoner og et kolorimetrisystem som oppdager zonulin-antigeniske mål.
Zonulinprøver kan ekstraheres fra homogeniserte vevsprøver eller sekreter som serum , plasma , etc.
Igjen kan zonulinverdier være en god indikator for å oppdage mulige patologier, siden konsentrasjonen av zonulin er standardisert hos både menn og kvinner i alle aldre ved verdier under 45 ng/ml. Hvis denne konsentrasjonen overskrides, ville det være praktisk å se etter mulige årsaker. [ 11 ]
Oppdagelsen av zonulin representerer et fremskritt i måten å forstå forskjellige patologier, spesielt autoimmune sykdommer og de som er relatert til permeabiliteten til tarmen .
Høye nivåer av zonulin, som kontrollerer intestinal permeabilitet gjennom demontering av tight junctions [ 1 ] (et nettverk av ulike transmembrane og cytoplasmatiske proteiner som viser differensielt uttrykk i ulike vev), fører til at ulike eksterne antigener kommer inn gjennom tarmen, som sammen med en genetisk mottakelighet kan føre til utvikling av ulike patologier.
Dette er basert på forholdet mellom forhøyede nivåer av zonulin [ 13 ] og intestinal permeabilitet in vivo og endringer i uttrykket av genene claudin-1 og -2, protym myosin IXB, alle betraktet som nøkkelelementer i TJ-komplekset, siden det uttrykk og plassering bestemmer dens kompetanse. [ 14 ]
På den annen side er zonulin også involvert i beskyttelsen mot kolonisering av tynntarmen av mikroorganismer ( medfødt immunitet ).
På denne måten kan endringene som oppstår i den fysiologiske tilstanden til epitelcellene ved forskjellige autoimmune sykdommer påvirke disse funksjonene, noe som resulterer i TJ-dysfunksjon, som er en av de primære defektene ved denne typen patologi, slik som diabetes type 1. [ 13 ]
Disse resultatene, kombinert med de høye nivåene av zonulin oppdaget hos pasienter i pre-utviklingsfaser av patologien, peker på zonulin som en mulig sammenheng mellom intestinal permeabilitet , eksponering for fremmede antigener og utvikling av autoimmunitet hos genetisk følsomme individer. [ 13 ]
Derfor er et tap i funksjonen til tarmbarrieren nødvendig for utvikling av en autoimmun sykdom, men ikke tilstrekkelig, [ 14 ] andre faktorer som genetisk følsomhet og eksponering for eksterne antigener må være tilstede.
På denne måten, basert på teoriene om utviklingen av autoimmune sykdommer som det ville være mulig å regulere denne typen lidelse ved å forhindre kontakt mellom gener og miljøutløsere, gjenopprette funksjonen til gastrointestinal barriere. [ 14 ]
Type 1 diabetes , også kjent som ungdomsdiabetes, diagnostiseres vanligvis hos barn og unge. Denne patologien oppstår når immunsystemet ødelegger betacellene i bukspyttkjertelen , som skiller ut insulin , og dermed gjør det umulig å behandle sukker .
Etter oppdagelsen av zonulin som en regulator av TJ, begynte muligheten å bli reist for at det kunne være en av faktorene som forårsaker patologien ved å øke permeabiliteten til tynntarmen .
Nyere studier har vist at zonulin ikke bare er involvert i tarmvev, da det også har vist seg å være operativt i epitel og endotel, inkludert luftveiene og blod-hjerne-barrieren .
Basert på disse dataene har Skardelly et al. [ 15 ] bekreftet at zonulin dysfunksjon kan bidra til fremkomsten av patologier relatert til intracellulær kommunikasjon, for eksempel utseendet av ondartede celler eller metastaser .
Spesifikt, det som ble funnet var forholdet mellom overekspresjonen av c-kit , en kreftmarkør, og en økning i ekspresjonen av zonulin, begge relatert til graden av malignitet av hjernekreft hos mennesker. [ 15 ]
I tillegg var en økning i ekspresjonen av zonulin relatert til en nedbrytning av blod-hjerne-barrieren , med effekter som til og med har vært relatert til demens . [ 16 ]
I en studie utført av Yacyshyn et al. , [ 17 ] ble det vist at omtrent 25 % av studerte pasienter med multippel sklerose hadde en høyere enn normal tarmpermeabilitet , på grunn av unormal regulering av tight junctions.
Likevel, i senere studier, var det som ble observert at høyere enn normale konsentrasjoner av zonulin bare dukket opp i visse subtyper av multippel sklerose: bare hos pasienter med RRMS (relapsing-remitting) var de høyere nivåene av zonulin assosiert med lesjoner relatert til multippel sklerose . . [ 18 ]
Etter oppdagelsen av zonulin ble nye forskningsveier åpnet, ikke bare på dets komplekse funksjon, men også på dets mulige bruk i behandlingen av forskjellige patologier assosiert med dette molekylet.
Lazarotideacetat, tidligere kjent som AT-1001, er en zonulinreseptorantagonist. Det er et syntetisk 8 -aminosyrer oralt peptidmolekyl som ble oppdaget helt ved en tilfeldighet under forskning på det syntetiske Vibrio cholerae -peptidet . Det er en av de første regulatorene av intercellulære tight junctions . [ 19 ] Dette molekylet er i stand til å hemme, blant andre prosesser, omgrupperingen av det gliadin-induserte IEC- cytoskjelettet , en økning i F-aktin og åpningen av tight junctions, en prosess der zonulin griper inn. [ 20 ]
Kliniske studier er i gang for å undersøke effektiviteten, sikkerheten og toleransen til lazarotideacetatholdige legemidler hos cøliakipasienter som følger en glutenfri diett. [ 19 ] [ 21 ] [ 22 ] Det kan være et kandidatlegemiddel for bruk sammen med et glutenfritt kosthold i behandlingen av cøliaki, for å minimere effekten av utilsiktet kontaminering, men ikke som en erstatning for gluten- gratis diett glutenfri diett. [ 19 ] [ 21 ] Den eneste effektive behandlingen for cøliaki er streng og livslang uttak av gluten fra kostholdet. [ 23 ] En del av pasientene oppnår imidlertid ikke fullstendig bedring til tross for at de følger glutenfri diett, hvis hovedårsak er utilsiktet forurensning med gluten. [ 19 ] [ 23 ]
Potensielle begrensningerTil tross for nylige fremskritt er det fortsatt visse begrensninger, og fremhever to: