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)

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