Substrate specificity of bacterial serpins for proteases involved in the pathogenesis of inflammatory bowel diseases

Nieswoiste zapalenia jelit (inflammatory bowel disease, IBD), w tym wrzodziejące zapalenie jelita grubego (ulcerative colitis, UC) oraz choroba Leśniowskiego-Crohna (Crohn's disease, CD), charakteryzują się przewlekłym stanem zapalnym błony śluzowej oraz zaburzeniem równowagi proteolitycznej. Zwiększona aktywność proteaz, takich jak trypsyna, chymotrypsyna, elastaza neutrofilowa (neutrophil elastase, NE), katepsyna B i kalikreina osoczowa (plasma kallikrein, PKa), nasila uszkodzenia tkanek i przyczynia się do progresji zapalenia. W niniejszej pracy oceniono aktywność inhibitorową bakteryjnych serpin – miropin, w tym naturalnej formy (VKT) oraz pięciu wariantów rekombinowanych (VKF, VKL, VAT, RVK, GGGG), uzyskanych za pomocą metod inżynierii białek poprzez modyfikacje w reaktywnej pętli (reactive center loop, RCL). Wszystkie formy miropin zostały przetestowane in vitro względem kluczowych proteaz zaangażowanych w patogenezę IBD. Wyniki wykazały zróżnicowaną skuteczność inhibicji, przy czym największą aktywność zaobserwowano przy stosowaniu VKT, VAT i RVK. Uzyskane dane potwierdzają, że ukierunkowana modyfikacja RCL pozwala kontrolować specyficzność i aktywność miropin, co czyni je obiecującą strategią selektywnego hamowania proteaz w leczeniu IBD oraz innych schorzeń związanych z zaburzoną aktywnością proteolityczną.

Inflammatory bowel diseases (IBD), including ulcerative colitis (UC) and Crohn's disease (CD), are characterized by chronic mucosal inflammation and proteolytic imbalance. Increased activity of proteases such as trypsin, сhymotrypsin, neutrophil elastase (NE), cathepsin B, and plasma kallikrein (PKa) exacerbates tissue damage and contributes to the progression of inflammation. In this study, the inhibitory activity of bacterial serpins, specifically miropin, including its natural form (VKT) and five recombinant variants (VKF, VKL, VAT, RVK, GGGG), obtained through protein engineering methods via modifications in the reactive center loop (RCL), were evaluated. All forms of miropin were tested in vitro against key proteases involved in the pathogenesis of IBD. The results demonstrated a variation of inhibition efficiencies, with the highest activity observed for VKT, VAT, and RVK. The data confirm that targeted modification of RCL allows for control over the specificity and activity of miropins, making them a promising strategy for selective protease inhibition in the treatment of IBD and other disorders associated with dysregulated proteolytic activity.