L’uromodulina e le infezioni batteriche

La protagonista di questo nuovo studio è l’uromodulina, proteina abbondante nell’urina umana (figura 1), caratterizzata da filamenti che antagonizzano l’adesione degli uropatogeni; tale meccanismo di protezione ancora non è ben chiaro.

Figura 1 - L'uromodulina, proteina abbondante nelle urine
Figura 1 – L’uromodulina, proteina abbondante nelle urine

L’uromodulina

L’uromodulina (UMOD) è una proteina coinvolta in svariati processi fisiologici importanti per la salute umana, ma nonostante ciò la sua struttura non è ben conosciuta. Il team di ricercatori ha creato un protocollo per purificare i filamenti della proteina da diversi donatori. Mediante spettrofotometria di massa hanno rilevato una distribuzione di monomeri dell’UMOD simile per ogni campione. Inoltre, la glicosilazione della proteina è risultata indipendente dal genotipo. Sono stati individuati N-glicani ad alto contenuto di mannosio.

Nel caso di infezioni da Escherichia coli uropatogeno (UPEC) con espressione di pili di tipo 1, tale microrganismo si lega a N-glicani ad alto contenuto di mannosio sulla superficie uriepiteliale. Data la struttura sovracitata dell’uromodulina, si ipotizza abbia una funzione antagonista all’adesione dell’UPEC.

La ricerca

La tecnica della tomografia crioelettrica è stata utilissima per osservare tridimensionalmente la disposizione dei glicani nei polimeri dell’UMOD. Oltre a confermare la struttura a zig-zag dei filamenti, si è evinto un ulteriore orientamento dei filamenti, una forma a spina di pesce con nucleo centrale al filamento e bracci sporgenti (figura 2).

Figura 2 - Diversi orientamenti dell'UMOD
Figura 2 – Diversi orientamenti dell’UMOD

Dopo aver studiato la struttura dell’UMOD, si è analizzata l’interazione tra l’uromodulina e le adesine FimH dei ceppi UPEC (Pili di tipo 1). FimH situata alla punta del pilus, riconosce i mannosidi presenti nei N-glicani ad alto contenuto di mannosio del recettore uroepiteliale. In particolare, si è scoperta l’affinità tra il dominio lectina-FimH e i filamenti, con un’ emivita di 2,1 ore di tale complesso (figura 3).

Figura 3 - Legame tra il dominio FimHL e il sito di glicosilazione ad alto contenuto di mannosio dell'UMOD
Figura 3 – Legame tra il dominio FimHL e il sito di glicosilazione ad alto contenuto di mannosio dell’UMOD

In una miscela di filamenti UMOD e E. coli con Pili tipo 1, hanno osservato un incremento di filamenti intorno ad ogni cellula piliata (figura 4). Al contrario, nessun aumento di concentrazione dei filamenti intorno a cellule non piliate.

Figura 4 - Batteri piliati associati a un'elevata concentrazione di filamenti UMOD
Figura 4 – Batteri piliati associati a un’elevata concentrazione di filamenti UMOD

Ciò conferma che per il legame tra E. coli e uromodulina, è necessaria la presenza di pili di tipo 1 e bracci UMOD glicosilati.

Dopo l’incubazione di E. coli piliato di tipo 1 con l’UMOD, l’interazione osservata al microscopio ottico ha mostrato la formazione di grumi constituiti da decine a centinaia di batteri.

Nelle urine dei pazienti

Analizzando al microscopio ottico, urina di pazienti con infezioni da E. coli nel tratto urinario, si è osservato la presenza di grumi batterici incorporati da strutture fibrose. Nello stesso campione anche altri batteri eranno raggruppati e circondati da filamenti di uromodulina.

Anche nelle urine di pazienti con infezioni causate da altri patogeni, come Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa e Streptococcus mitis, si sono riscontrati agglomerati batterici e la presenza di filamenti UMOD.

Conclusioni

La ricerca in esame approfondisce la struttura dell’uromodulina, proteina conosciuta per le sue svariate funzioni. Tale risultato è utile per poter chiarire i meccanismi di regolamentazione del trasporto del sale, malattie renali e immunità innata, ove la proteina è coinvolta. Inoltre, si sottolinea la presenza di UMOD anche in infezioni provocate da patogeni del tratto urinario, differenti da UPEC piliato di tipo 1.

Veronica Nerino

Fonte

  • Architecture and function of human uromodulin filaments in urinary tract infections – Weiss et al., Science 369, 1005–1010 (2020)
Foto dell'autore

Veronica Nerino

Biologa. Analista presso impianto di potabilizzazione dell'acqua. Comprovata esperienza in tecniche analitiche per la ricerca di indicatori di igiene di processo e sicurezza (alimentare e ambientale). Ha coordinato la sezione di microbiologia in ambito alimentare e ambientale di un laboratorio accreditato. In continuo aggiornamento in campo microbiologico.

Hai suggerimenti che possano aumentare la qualità dei nostri contenuti sul sito di Microbiologia Italia o vuoi fornirci dei feedback per fare sempre meglio? Contattaci. Diffondi la scienza con noi e seguici su FacebookInstagramLinkedIn, TikTok, Twitter, Telegram e Pinterest. Ti piacciono i nostri articoli? Aiutaci con una Donazione o iscriviti alla nostra Newsletter ufficiale e potrai ricevere gratuitamente i fantastici articoli che giornalmente verranno pubblicati sul sito.

1 commento su “L’uromodulina e le infezioni batteriche”

Rispondi