Come S. pneumoniae Distrae le Proteine delle Cellule Ospiti

Streptococcus pneumoniae, conosciuto anche come pneumococco, è un tipo di batterio che di solito vive nelle vie respiratorie superiori di persone sane senza causare sintomi. Però, in alcuni gruppi di persone, può portare a infezioni gravi nei polmoni e in altre parti del corpo, causando alti tassi di malattia e morte. Questo batterio è principalmente noto per causare polmonite, ma può anche entrare nel sangue e provocare malattie come sepsi, meningite ed endocardite.

Ci sono più di 100 tipi diversi di pneumococco, classificati in base al loro rivestimento di zuccheri. Questo rivestimento gioca un ruolo nella gravità delle infezioni. Il pneumococco ha vari modi per trasformarsi da batterio innocuo a uno che può causare malattie. Questo include proteine sulla sua superficie che lo aiutano a interagire con le cellule ospiti e il sistema immunitario umano.

Un fattore importante che aiuta la capacità del batterio di causare problemi è una tossina chiamata pneumolisina (PLY). Questa tossina può danneggiare le cellule ospiti creando buchi nel loro strato esterno, permettendo al batterio di stabilire infezioni e di evitare di essere attaccato dal sistema immunitario. La PLY funziona attraverso un processo complesso in cui più pezzi di tossina si uniscono per creare una grande apertura nella membrana della cellula ospite.

Studi hanno dimostrato che la pneumolisina può danneggiare le cellule polmonari, innescare risposte immunitarie e ostacolare la funzione delle cellule immunitarie chiamate neutrofili. Le varianti di batteri che mancano di questa tossina sono meno efficaci nel causare malattie.

#Proteine Ancorate a GPI (GPI-APs)

Le proteine ancorate a GPI sono un tipo speciale di proteina che si trova sulle superfici di molti organismi diversi, compresi gli esseri umani. Queste proteine hanno un'ancora speciale composta da zuccheri e grassi, che le aiuta a rimanere attaccate al lato esterno delle membrane cellulari. Le GPI-APs hanno varie funzioni, come percepire l'ambiente, aiutare le cellule a unirsi e modificare le risposte immunitarie.

L'ancora GPI è attaccata all'estremità della proteina attraverso un processo controllato e raggiunge la superficie cellulare muovendosi attraverso diverse strutture cellulari. In alcune cellule, le GPI-APs vengono dirette a una parte specifica della superficie cellulare, dove si organizzano in aree ricche di grassi e colesterolo.

Le GPI-APs possono essere rimosse dalla superficie cellulare da alcuni enzimi o possono essere riassorbite nella cellula attraverso un processo chiamato endocitosi, dove vengono riciclate per un uso futuro.

#Rho GTPasi: Regolatori Chiave

Le Rho GTPasi sono piccole proteine che agiscono come interruttori nelle cellule, attivando e disattivando segnali che controllano varie funzioni cellulari. Quando vengono attivate, interagiscono con altre proteine per avviare processi specifici all'interno della cellula. Le Rho GTPasi giocano un ruolo cruciale nel modo in cui le cellule gestiscono il movimento dei materiali all'interno, inclusi durante i processi di endocitosi ed eseocitosi.

Una specifica Rho GTPasi, Cdc42, è stata identificata come un fattore importante nell'uptake delle GPI-APs da parte della cellula. L'attivazione di Cdc42, insieme ai livelli di colesterolo nella membrana cellulare, sembra regolare come le GPI-APs vengono riassorbite nella cellula dopo essere state esposte a determinati stimoli.

Molte GPI-APs sono coinvolte nella gestione delle risposte immunitarie. Una di queste è CD73, che produce un messaggero chiamato adenosina extracellulare (EAD). Questo messaggero gioca un ruolo importante nella risposta del corpo ai danni e alle infezioni. CD73 è fondamentale per combattere le infezioni pneumococciche, poiché la mancanza di questo enzima rende i topi più suscettibili ai batteri.

Interessante notare che l'espressione di CD73 diminuisce nei neutrofili che migrano nei polmoni durante l'infezione pneumococcica, suggerendo che i batteri potrebbero alterare i livelli di CD73 sulle cellule ospiti.

#L'impatto di S. Pneumoniae sulle GPI-APs

Nuove scoperte mostrano che l'infezione da S. pneumoniae può ridurre l'espressione di CD73 sulla superficie delle cellule epiteliali polmonari. Questa riduzione sembra essere un effetto generalizzato causato dalla presenza di pneumolisina e si basa sulla sua capacità di formare pori nella membrana cellulare. Il calo nell'espressione di CD73 non è causato dal rilascio della proteina dalla cellula, ma piuttosto dalla sua internalizzazione, che avviene attraverso un processo che dipende da RhoA e Cdc42.

Inoltre, l'internalizzazione delle GPI-APs è associata a un ridotto danno cellulare in risposta alla pneumolisina. Queste scoperte supportano l'idea che riparare i danni causati dall'infezione possa aiutare i batteri a sfuggire alla risposta immunitaria.

#Evidenza Sperimentale

Per investigare gli effetti di S. pneumoniae sulle GPI-APs, i ricercatori hanno condotto esperimenti con topi. Hanno scoperto che dopo aver infettato i topi con pneumococco, c'era una significativa diminuzione dell'espressione di CD73 nelle cellule polmonari rispetto ai topi non infetti. Tuttavia, la quantità di un'altra proteina, CD39, è rimasta invariata.

Allo stesso modo, nelle cellule epiteliali polmonari umane (celle H292), l'esposizione al pneumococco ha portato a una diminuzione dose-dipendente dell'espressione di CD73. I ricercatori volevano vedere se anche altre GPI-APs fossero state influenzate e hanno scoperto che i livelli di CD55 e CD59 sono diminuiti dopo l'infezione, mentre i livelli di altri tipi di proteine sono aumentati.

In cellule epiteliali polarizzate, i ricercatori hanno dimostrato che la riduzione delle GPI-APs indotta dal pneumococco è ancora osservata, indicando un meccanismo specifico con cui i batteri alterano le funzioni delle cellule ospiti.

#Ruolo della PLY nella riduzione delle GPI-APs

Per determinare se la riduzione di CD73 fosse dovuta a uno specifico ceppo di pneumococco, i ricercatori hanno testato ceppi diversi e hanno confermato che l'effetto era coerente tra più ceppi. È stato anche scoperto che il pneumococco ucciso dal calore non riduceva i livelli di CD73, indicando che i batteri vivi o i loro componenti attivi sono essenziali per questa riduzione.

Quando i ricercatori hanno testato la pneumolisina, hanno scoperto che era necessaria per la riduzione di CD73. Le cellule trattate con pneumolisina ricombinante mostrano una diminuzione nei livelli di CD73 in modo dose-dipendente. Gli studi hanno ulteriormente dimostrato che i mutanti di pneumolisina che non formano pori non hanno ridotto i livelli di CD73, confermando il ruolo della formazione di pori in questo processo.

Inoltre, era necessario esplorare se la morte cellulare giocasse un ruolo nella riduzione dei livelli di GPI-AP. Hanno scoperto che, sebbene il pneumococco inducesse la morte cellulare, la riduzione delle GPI-APs era osservata anche in cellule non apoptotiche, rafforzando l'idea che la riduzione osservata non fosse semplicemente una conseguenza della morte cellulare.

#Internalizzazione delle GPI-APs durante l'infezione

Queste scoperte hanno portato i ricercatori a indagare se l'infezione da S. pneumoniae scatenasse l'internalizzazione delle GPI-APs. Usando l'imaging microscopico, hanno osservato che dopo l'infezione, le GPI-APs, che normalmente sono distribuite uniformemente sulla superficie cellulare, diventavano raggruppate all'interno delle cellule.

Per confermare questa osservazione, i ricercatori hanno trovato che la quantità totale di GPI-APs associati alle cellule non cambiava durante l'infezione, suggerendo che le GPI-APs venivano rimosse dalla superficie senza influenzare il pool generale disponibile per le cellule.

Ulteriori studi coinvolgendo altre tossine hanno mostrato che anche loro portano a simili internalizzazioni delle GPI-APs, indicando che non è una caratteristica unica della pneumolisina, ma potrebbe applicarsi ad altre tossine che danneggiano le cellule ospiti.

#Il ruolo delle Rho GTPasi

Per comprendere il meccanismo dietro l'internalizzazione delle GPI-APs, i ricercatori hanno esaminato il ruolo delle Rho GTPasi. Hanno scoperto che bloccando le Rho GTPasi usando inibitori specifici si abrogava la capacità del pneumococco di ridurre l'espressione delle GPI-APs in superficie, indicando che RhoA e Cdc42 sono cruciali per questo processo.

Ulteriori esperimenti utilizzando l'interferenza dell'RNA (RNAi) per silenziare Cdc42 e RhoA hanno mostrato che queste proteine sono essenziali per l'internalizzazione delle GPI-APs durante l'infezione.

Curiosamente, hanno scoperto che la pneumolisina può attivare rapidamente e temporaneamente RhoA e Cdc42 quando viene aggiunta alle cellule, suggerendo che la tossina attiva rapidamente il macchinario cellulare per avviare l'internalizzazione delle GPI-APs.

#Interazioni tra GPI-APs e PLY

Le interazioni tra pneumolisina e cellule ospiti sono complesse. Anche se altre tossine richiedono GPI-APs per formare pori, la pneumolisina non ha bisogno della presenza di queste proteine sulla superficie delle cellule ospiti per la formazione dei pori.

Questa scoperta suggerisce che, mentre la pneumolisina interagisce con le GPI-APs, può ancora esercitare i suoi effetti dannosi indipendentemente da esse.

#Meccanismi di riparazione della membrana

Lo studio ha anche sollevato domande su come le cellule ospiti riescano a riparare e recuperare dai danni inflitti dalla pneumolisina e da altre tossine. Quando le cellule ospiti subiscono danni, possono avviare meccanismi di riparazione, e l'internalizzazione delle GPI-APs sembra far parte di questo processo.

Evidenze epidemiologiche suggeriscono che una riparazione efficace della membrana è cruciale per la sopravvivenza cellulare durante le infezioni. I dati hanno mostrato che le cellule con livelli ridotti di GPI-AP durante l'infezione pneumococcica erano meno suscettibili ai danni causati dalla pneumolisina, indicando un possibile meccanismo di riparazione che si attiva.

#Conclusione

In sintesi, S. pneumoniae impiega diverse strategie per ridurre l'espressione superficiale delle proteine ancorate a GPI nelle cellule ospiti, principalmente attraverso l'azione della sua tossina pneumolisina. L'internalizzazione di queste proteine è un processo complesso regolato dalle Rho GTPasi ospiti ed è associato a un livello ridotto di danno cellulare.

Comprendere queste interazioni tra S. pneumoniae e cellule ospiti può fornire spunti su come i batteri prosperano in un ambiente ospite e potrebbe portare a nuovi obiettivi terapeutici per combattere le infezioni causate da questo patogeno. I risultati evidenziano il doppio ruolo della pneumolisina, che non solo facilita l'infezione, ma attiva anche meccanismi di riparazione dell'ospite che potrebbero aiutare i batteri a eludere le risposte immunitarie. Ulteriori studi sono necessari per elaborare completamente i meccanismi sottostanti e le potenziali implicazioni per le strategie di trattamento e prevenzione.