PATOGENESI DI SHIGELLA Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali Corso di laurea in Scienze Biologiche Indirizzo Biosanitario Relatore: Candidata: Prof.ssa Bianca Colonna Sandra Sinibaldi Anno accademico 2014/2015 Morona e Lum 2014

SHIGELLA Shigella è stato riconosciuto come l’agente eziologico della dissenteria bacillare o shigellosi. Ogni anno si verificano circa 150 milioni di casi in tutto il mondo, la maggior parte nei paesi in via di sviluppo, prevalentemente nei bambini al di sotto dei 5 anni. Batterio Gram negativo, appartenente alla famiglia delle Enterobacteriaceae Forma bastoncellare (0.7-1.5 x 2-5 μm) Sprovvisto di flagelli Anaerobio facoltativo Bassa dose infettiva Trasmissione oro-fecale (unico ospite è l’uomo) Evolutivamente correlato con E.coli Classificato in 4 sierogruppi in base all’antigene O: Shigella dysenteriae Shigella flexneri Shigella boydii Shigella sonnei

EVOLUZIONE DI SHIGELLA Shigella si è evoluto a partire da ceppi commensali (non patogeni) di E.coli La divergenza di sequenza tra il genoma di Shigella ed E.coli è di appena 1.5% L’ evoluzione della virulenza è il risultato dei seguenti eventi genetici: Acquisizione di PAI Grande plasmide di virulenza (pINV) Perdita di geni che ne impediscono la virulenza

PLASMIDE DI VIRULENZA (pInv) Dimensioni di 220-260 Kb Regione entry 31 Kb (necessaria per invadere la cellula ospite e indurre la morte dei macrofagi) I geni plasmidici codificano per : proteine effettrici, componenti strutturali per la funzione e l’assemblaggio del T3SS, proteine regolatorie e chaperonine L’espressione dei geni plasmidici è regolata dal cambiamento di temperatura a 37° all’interno della cellula ospite.

IL SISTEMA DI SECREZIONE DI TIPO III (T3SS) Complesso multiproteico necessario per la secrezione di proteine effettrici all’interno della cellula ospite Presente nei batteri Gram-negativi Costituito da 20 diverse proteine che si assemblano in un canale altamente regolato che attraversa la membrana interna, il periplasma e la membrana esterna. Agisce con un meccanismo a siringa munito di relativo ago (Needle complex), si attiva al contatto con la cellula ospite (sistema di secrezione contatto dipendente) Omologia con l’apparato bio-sintetico flagellare.

STRUTTURA T3SS Filamento apicale Corpo proteico Corpo basale Anello C IpaB, C e D (Proteine poro-canale). In assenza della cellula ospite IpaD impedisce la secrezione delle proteine effettrici Corpo proteico Polimero elicoidale che protrude nello spazio extracellulare ( MxiH e MxiI) Outer ring (MxiD e MxiM) Corpo basale Sistema di 7 anelli che attraversano la memb.esterna (outer ring), il periplasma e la membrana interna (Inner ring) Anello C Controlla l’assemblaggio e la lunghezza dell’ago (Spa32,33,ATP-asi) Inner ring (Mxig e MxiJ)

PATOGENESI Shigella attraversa l’epitelio intestinale per transicitosi attraverso le cellule M delle placche di Peyer Morte dei macrofagi, accompagnata dal rilascio di chitochine pro-infiammatorie IL-1β e IL-18 I batteri liberi invadono la cellula epiteliale dal lato basolaterale Il movimento all’interno della cellula avviene per riarrangiamento dei filamenti di actina promossa dal batterio

MORTE CELLULARE DEI MACROFAGI : L’inflammasoma Complesso multiproteico citoplasmatico che si assembla in risposta ad un ampio spettro di PAMPs in seguito ad oligomerizzazione dei recettori intracellulari NLRs NLRs nei mammiferi possono essere divisi in quattro famiglie sulla base dei domini effettori N-terminali : (NLRP,NLRC,NLRB,NLRA). Queste proteine sono segnalatori di danno in grado di unirsi attraverso interazioni dei domini omotipici NACHT) e insieme alla proteina ASC reclutare e attivare caspasi L’inflammasoma gioca dunque un ruolo cruciale nell’attivazione della risposta infiammatoria e immunitaria.

MORTE CELLULARE DEI MACROFAGI IpaB, MxiH e MxiI rappresentano il segnale d’innesco dell’inflammasoma NLRC4 NAIP1 e NAIP2 proteine accessorie che consentono di riconoscere le componenti dell’ago di T3SS IpaB permeabilizza la membrana della cellula bersaglio determinando l’efflusso di potassio. Conseguente perdita del gradiente ionico cellulare La cellula reagisce assemblando l’inflammasoma NLRC4-ASC, che recluta e attiva caspasi 1. Ciò determina: PIROPTOSI e ATTIVAZIONE E RILASCIO DEI MEDIATORI INFIAMMATORI (IL-1β e IL-18) Segnale sconosciuto attiva NLRP3 portando a morte cellulare per Pironecrosi e rilascio di citochine infiammatorie. Processo caspasi-1 indipendente.

MOVIMENTO INTRACELLULARE La propagazione del batterio intra ed inter cellulare è permessa dalla polimerizzazione dei filamenti di actina mediata dalla proteina IscA IscA (Intracellular spread) si localizza ad un polo della cellula batterica Il complesso IscA-N-WASP-Arp 2/3 permette la polimerizzazione direzionale dell’actina VirA degra l’α-tubulina,distruggendo i microtubuli circostanti IscB lega IscA inibendo in modo competitivo il legame di riconoscimento autofagico Atg-IscA

IscA è fondamentale per il processo d’invasione: consente il movimento all’interno del citoplasma della cellula ospite e la diffusione nelle cellule adiacenti Distribuzione asimmetrica di IscA ad un polo del batterio con formazione di “code” Movimento di Shigella tra cellule adiacenti Lisi della membrana plasmatica dovuta alle proteine IpaB,C e D Nuovo ciclo di replicazione e diffusione

CONCLUSIONI EVOLUZIONE STRUTTURA DEL T3SS FUNZIONE DEI PRINCIPALI FATTORI DI VIRULENZA INTERAZIONE CON LE CELLULE OSPITI La comprensione approfondita di questi processi è alla base della progettazione di vaccini sicuri ed efficaci, che insieme alle norme igieniche standard, dovrebbero fornire un beneficio sostanziale verso uno dei batteri patogeni ancora maggiormente diffuso.