Contenuto
Ti trovi in: HOME »Programmi, progetti e risultati »I progetti »PRIN - Programmi di ricerca di Rilevante Interesse Nazionale»Programma di ricercaINIZIO_TESTO_DA_INDICIZZARE
PROGRAMMA DI RICERCA
italiano - english
Unità di Ricerca
- Università degli Studi di PADOVA
ISTOLOGIA, MICROBIOLOGIA E BIOTECNOLOGIE MEDICHE
- Università degli Studi di MILANO
SCIENZE BIOMOLECOLARI E BIOTECNOLOGIE
- Università degli Studi di PAVIA
GENETICA E MICROBIOLOGIA 'A.BUZZATI-TRAVERSO'
- Università degli Studi di PISA
PATOLOGIA SPERIMENTALE,BIOTECNOLOGIE MEDICHE,INFETTIVOLOGIA ED EPIDEMIOLOGIA
Programmi di ricerca simili:
- 1 - Sviluppo di nuovi bioinsetticidi
- 2 - Meccanismi della citochinesi: identificazione di nuovi geni coinvolti nel processo e nella sua regolazione
- 3 - Caratterizzazione molecolare di factori di virulenza di Helicobacter pylori
- 4 - Basi genetiche e molecolari della patogenicità batterica
- 5 - Basi metaboliche e molecolari della sindrome di Down
- 6 - Il fattore di trascrizione NF-kB nella regolazione del differenziamento ed apoptosi del sistema immune.
- 7 - Ruolo, Meccanismi molecolari e nuovi interattori delle proteine Prep/Meis/Pbx nello sviluppo embrionale.
- 8 - Eritropoiesi normale e patologica: caratterizzazione molecolare mediante tecnologie avanzate a resa elevata.
- 9 - Caratterizzazione molecolare dell'eritropoiesi:analisi post-genomica e funzionale del profilo di espressione proteica
- 10 - Delucidazione delle basi molecolari della infertilità femminile
Classificazione scientifico-disciplinare
- Area scientifico disciplinare: Scienze mediche
- Area scientifico disciplinare: Scienze biologiche
Classificazione brevettuale
- CHEMISTRY; METALLURGY
- BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- MICRO-ORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF (biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators, containing micro-organisms, viruses, microbial fungi, enzymes, fermentates or substances produced by or extracted from micro-organisms or animal material A01N63/00; food compositions A21, A23; medicinal preparations A61K; chemical aspects of, or use of materials for, bandages, dressings, absorbent pads or surgical articles A61L; fertilisers C05); PROPAGATING, PRESERVING OR MAINTAINING MICRO-ORGANISMS (preservation of living parts of humans or animals A01N1/02); MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA (micro-biological testing media C12Q)
- BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
Classificazione geografica
- Regione: Veneto
Bibliografia
Bishai, W. R. & . (1998). The Mycobacterium tuberculosis genomic sequence: anatomy of a master adaptor. Trends Microbiol 6, 464-465.Bonanni, D., Rindi, L., Lari, N. & Garzelli, C. (2005). Immunogenicity of mycobacterial PPE44 (Rv2770c) in Mycobacterium bovis BCG-infected mice. J Med Microbiol 54, 443-448.
Brodin, P., Rosenkrands, I., Andersen, P., Cole, S. T. & Brosch, R. (2004). ESAT-6 proteins: protective antigens and virulence factors? Trends Microbiol 12, 500-508.
Canneva, F., Branzoni, M., Riccardi, G., Provvedi, R. & Milano, A. (2005). Rv2358 and FurB: two transcriptional regulators from Mycobacterium tuberculosis which respond to zinc. J Bacteriol 187, 5837-5840.
Cappelli, G., Volpe, E., Grassi, M., Liseo, B., Colizzi, V. & Mariani, F. (2006). Profiling of Mycobacterium tuberculosis gene expression during human macrophage infection: Upregulation of the alternative sigma factor G, a group of transcriptional regulators, and proteins with unknown function. Res Microbiol.
Cole, S. T., Brosch, R., Parkhill, J. & other authors (1998). Deciphering the biology of Mycobacterium tuberculosis from the complete genome sequence. Nature 393, 537-544.
Converse, S. E. & Cox, J. S. (2005). A protein secretion pathway critical for Mycobacterium tuberculosis virulence is conserved and functional in Mycobacterium smegmatis. J Bacteriol 187, 1238-1245.
Dainese, E., Rodrigue, S., Delogu, G. & other authors (2006). Posttranslational Regulation of Mycobacterium tuberculosis Extracytoplasmic-Function Sigma Factor {sigma}L and Roles in Virulence and in Global Regulation of Gene Expression. Infect Immun 74, 2457-2461.
Darwin, A. J. (2005). The phage-shock-protein response. Mol Microbiol 57, 621-628.
Demangel, C., Brodin, P., Cockle, P. J., Brosch, R., Majlessi, L., Leclerc, C. & Cole, S. T. (2004). Cell Envelope Protein PPE68 Contributes to Mycobacterium tuberculosis RD1 Immunogenicity Independently of a 10-Kilodalton Culture Filtrate Protein and ESAT-6. Infect Immun 72, 2170-2176.
Dieli, F., Troye-Blomberg, M., Ivanyi, J. & other authors (2001). Granulysin-dependent killing of intracellular and extracellular Mycobacterium tuberculosis by Vgamma9/Vdelta2 T lymphocytes. J Infect Dis 184, 1082-1085.
Dubrac, S. & Touati, D. (2000). Fur positive regulation of iron superoxide dismutase in Escherichia coli: functional analysis of the sodB promoter. J Bacteriol 182, 3802-3808.
Ferrara, G., Losi, M., Meacci, M. & other authors (2005). Routine hospital use of a new commercial whole blood interferon-gamma assay for the diagnosis of tuberculosis infection. Am J Respir Crit Care Med 172, 631-635.
Gey Van Pittius, N. C., Gamieldien, J., Hide, W., Brown, G. D., Siezen, R. J. & Beyers, A. D. (2001). The ESAT-6 gene cluster of Mycobacterium tuberculosis and other high G+C Gram-positive bacteria. Genome Biol 2, RESEARCH0044.
Giacomini, E., Sotolongo, A., Iona, E. & other authors (2006). The infection of human dendritic cells with a Mycobacterium tuberculosis sigE mutant stimulates a high production of IL-10 and low expression of CXCL10: impact on T cell response. Infect Immun Accepted for publication.
Hall, H. K. & Foster, J. W. (1996). The role of fur in the acid tolerance response of Salmonella typhimurium is physiologically and genetically separable from its role in iron acquisition. J Bacteriol 178, 5683-5691.
Hestvik, A. L., Hmama, Z. & Av-Gay, Y. (2005). Mycobacterial manipulation of the host cell. FEMS Microbiol Rev 29, 1041-1050.
Hsu, T., Hingley-Wilson, S. M., Chen, B. & other authors (2003). The primary mechanism of attenuation of bacillus Calmette-Guerin is a loss of secreted lytic function required for invasion of lung interstitial tissue. Proc Natl Acad Sci U S A 100, 12420-12425.
Loprasert, S., Sallabhan, R., Whangsuk, W. & Mongkolsuk, S. (2000). Characterization and mutagenesis of fur gene from Burkholderia pseudomallei. Gene 254, 129-137.
Manganelli, R., Dubnau, E., Tyagi, S., Kramer, F. R. & Smith, I. (1999). Differential expression of 10 sigma factor genes in Mycobacterium tuberculosis. Mol Microbiol 31, 715-724.
Manganelli, R., Voskuil, M. I., Schoolnik, G. K. & Smith, I. (2001). The Mycobacterium tuberculosis ECF sigma factor SigE: role in global gene expression and survival in macrophages. Mol Microbiol 41, 423-437.
Manganelli, R., Voskuil, M. I., Schoolnik, G. K., Dubnau, E., Gomez, M. & Smith, I. (2002). Role of the extracytoplasmic-function Sigma Factor SigH in Mycobacterium tuberculosis global gene expression. Mol Microbiol 45, 365-374.
Manganelli, R., Fattorini, L., Tan, D., Iona, E., Orefici, G., Altavilla, G., Cusatelli, P. & Smith, I. (2004a). The Extra Cytoplasmic Function Sigma Factor SigE Is Essential for Mycobacterium tuberculosis Virulence in Mice. Infect Immun 72, 3038-3041.
Manganelli, R., Provvedi, R., Rodrigue, S., Beaucher, J., Gaudreau, L. & Smith, I. (2004b). Sigma factors and global gene regulation in Mycobacterium tuberculosis. J Bacteriol 186, 895-902.
Milano, A., Branzoni, M., Canneva, F., Profumo, A. & Riccardi, G. (2004). The Mycobacterium tuberculosis Rv2358-furB operon is induced by zinc. Res Microbiol 155, 192-200.
Ochsner, U. A. & Vasil, M. L. (1996). Gene repression by the ferric uptake regulator in Pseudomonas aeruginosa: cycle selection of iron-regulated genes. Proc Natl Acad Sci U S A 93, 4409-4414.
Oku, Y., Kurokawa, K., Ichihashi, N. & Sekimizu, K. (2004). Characterization of the Staphylococcus aureus mprF gene, involved in lysinylation of phosphatidylglycerol. Microbiology 150, 45-51.
Panina, E. M., Mironov, A. A. & Gelfand, M. S. (2003). Comparative genomics of bacterial zinc regulons: enhanced ion transport, pathogenesis, and rearrangement of ribosomal proteins. Proc Natl Acad Sci U S A 100, 9912-9917.
Raviglione, M. C. (2003). The TB epidemic from 1992 to 2002. Tuberculosis (Edinb) 83, 4-14.
Rindi, L., Bonanni, D., Lari, N. & Garzelli, C. (2004). Requirement of gene fadD33 for the growth of Mycobacterium tuberculosis in a hepatocyte cell line. New Microbiol 27, 125-131.
Sala, C., Forti, F., Di Florio, E., Canneva, F., Milano, A., Riccardi, G. & Ghisotti, D. (2003). Mycobacterium tuberculosis FurA autoregulates its own expression. J Bacteriol 185, 5357-5362.
Sassetti, C. M., Boyd, D. H. & Rubin, E. J. (2003). Genes required for mycobacterial growth defined by high density mutagenesis. Mol Microbiol 48, 77-84.
Smith, I. (2003). Mycobacterium tuberculosis pathogenesis and molecular determinants of virulence. Clin Microbiol Rev 16, 463-496.
Staubitz, P., Neumann, H., Schneider, T., Wiedemann, I. & Peschel, A. (2004). MprF-mediated biosynthesis of lysylphosphatidylglycerol, an important determinant in staphylococcal defensin resistance. FEMS Microbiol Lett 231, 67-71.
Voskuil, M. I., Schnappinger, D., Visconti, K. C., Harrell, M. I., Dolganov, G. M., Sherman, D. R. & Schoolnik, G. K. (2003). Inhibition of respiration by nitric oxide induces a Mycobacterium tuberculosis dormancy program. J Exp Med 198, 705-713.
Weidenmaier, C., Kristian, S. A. & Peschel, A. (2003). Bacterial resistance to antimicrobial host defenses--an emerging target for novel antiinfective strategies? Curr Drug Targets 4, 643-649.
Zhang, Z., Gosset, G., Barabote, R., Gonzalez, C. S., Cuevas, W. A. & Saier, M. H., Jr. (2005). Functional interactions between the carbon and iron utilization regulators, Crp and Fur, in Escherichia coli. J Bacteriol 187, 980-990.
Parole Chiave
MICROBIOLOGIA, MICOBATTERI, REGOLAZIONE DELLA TRASCRIZIONE, TUBERCOLOSI, GENOMICA FUNZIONALE, VIRULENZA, GENETICA BATTERICA, PLASMIDI, MYCOBACTERIUM TUBERCULOSISDallo studio dell’espressione genica globale allo studio della virulenza di Mycobacterium tuberculosis
Università degli Studi di PadovaAbstract
Mycobacterium tuberculosis (Mtb) è un patogeno responsabile di circa 2 milioni di decessi ogni anno e che infetta a livello latente circa un terzo della popolazione mondiale.Una delle peculiarità di Mtb, è quella di utilizzare complessi circuiti di regolazione, caratteristica che lo distingue dagli altri patogeni obbligati (specie se intracellulari) i quali, al contrario dei batteri ambientali, si sono evoluti per sopravvivere in ambienti con caratteristiche relativamente stabili e presentano normalmente circuiti di regolazione genica piuttosto semplici.
In questo progetto proponiamo di partire dallo studio e dalla caratterizzazione dei suoi circuiti di controllo dell’espressione genica globale per arrivare alla individuazione delle strategie da esso messe in atto durante l’infezione al fine di individuare bersagli per lo sviluppo di nuovi farmaci o nuovi approcci diagostici o vaccinali.
Il primo obiettivo sarà quello di costruire un sistema inducibile di espressione genica che funzioni in Mtb. I sistemi inducibili sono di fondamentale importanza nello studio della funzione di geni di cui questa è sconosciuta in quanto permettono di dosarne l’attività in risposta ad un semplice stimolo come l’aggiunta al terreno di un metabolita. Questo sarà un importante strumento per facilitare sia lo studio di nuovi regolatori che lo studio di geni essenziali o importanti per la virulenza.
Il secondo obiettivo sarà quello di caratterizzare tre fattori sigma (SigG, SigJ e SigI) e due regolatori della famiglia Fur (FurA e FurB). Questi regolatori saranno studiati con l’aiuto di mutanti recentemente ottenuti e mediante il sistema di espressione inducibile che costruiremo. Questo lavoro ci permetterà, di individuare mediante microarray a DNA i geni i cui prodotti potrebbero essere essenziali nel meccanismo patogenetico di Mtb oppure geni codificanti antigeni espressi specificamente durante l’infezione e che potrebbero essere importanti per sviluppare nuovi approcci diagnostici o vaccinali.
Il terzo obiettivo sarà quello di passare allo studio concreto di alcuni geni identificati in precedenti studi per determinarne l’eventuale ruolo nella patogenesi o nella risposta immunitaria.
Caratterizzeremo due operoni ed un gene appartenenti ad altrettanti circuiti di regolazione trascrizionale con provata o ipotizzata importanza nella patogenesi di Mtb, che consideriamo buoni candidati per sviluppare applicazioni in campo diagnostico, profilattico o terapeutico.
Il primo operone sarà quello ESAT-6 like n. 3, posto sotto la regolazione trascrizionale di FurB. Soltanto uno degli operoni ESAT-6 di Mtb è stato caratterizzato (ESAT-6 cluster 1). Esso codifica per un sistema di secrezione capace di secernere 2 proteine codificate dall’operone stesso. Tali proteine sono tra gli antigeni T più importanti di Mtb e sono essenziali per la virulenza. Nel corso di questo progetto caratterizzeremo l’operone ESAT-6 n. 3 determinando se anch’esso codifica per un sistema di secrezione e se è essenziale per la virulenza. Determineremo anche le proprietà antigeniche delle proteine da esso secrete.
Il secondo operone che caratterizzeremo, posto sotto il controllo di SigE, codifica per tre proteine probabilmente coinvolte nella resistenza allo stress di superficie. Costruiremo un mutante ed analizzeremo il ruolo di queste proteine nella risposta a stress di superficie e nella virulenza di Mtb.
Infine caratterizzeremo il gene Rv1619, indotto da concentrazioni subinibitorie di vancomicina. Esso codifica per una proteina simile ad MprF di Staphylococcus aureus, proteina responsabile della resistenza a peptidi antibatterici ed essenziale per la virulenza, recentemente proposta come possibile bersaglio per lo sviluppo di nuovi farmaci. Caratterizzeremo Rv1619, a livello enzimatico ed a livello immunologico. Determineremo inoltre la sua topologia di membrana ed infine, mediante lo studio di un mutante che costruiremo, ne analizzeremo l’importanza nella patogenicità. <<<
Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
Riccardo Manganelli Università degli Studi di PADOVAObiettivo del Programma di Ricerca
Mycobacterium tuberculosis (Mtb) è un importante patogeno responsabile di circa 2 milioni di decessi ogni anno e che infetta, seppur a livello latente, circa un terzo della popolazione mondiale. L’unico vaccino attualmente disponibile, il ceppo attenuato di Mycobacterium bovis BCG, sviluppato all’Istituto Pasteur circa un secolo fa, è efficace soltanto per proteggere i bambini da infezioni sistemiche quali la meningite tubercolare o la tubercolosi miliare, ma non è efficace nel proteggere gli adulti dalle forme polmonari della malattia. Recentemente, inoltre, l’insorgenza di mutanti resistenti a più farmaci antimicobatterici ha reso più difficile il già problematico trattamento farmacologico della tubercolosi. Da qui la necessità di comprendere meglio il meccanismo patogenetico ed il complesso rapporto che Mtb instaura con il sistema immunitario al fine di sviluppare nuove strategie vaccinali e di individuare nuovi bersagli molecolari per lo sviluppo di farmaci innovativi.Una delle principali peculiarità di Mtb, è quella di utilizzare complessi circuiti di regolazione, caratteristica che lo distingue dagli altri patogeni obbligati (specie se intracellulari) i quali, al contrario dei batteri ambientali, si sono evoluti per sopravvivere in ambienti con caratteristiche relativamente stabili e presentano normalmente circuiti di regolazione genica piuttosto semplici. Da qui il nostro approccio allo studio di Mtb che parte dallo studio e dalla caratterizzazione dei suoi circuiti di controllo dell’espressione genica globale per arrivare alla individuazione delle strategie da esso messe in atto durante l’infezione per sopravvivere, moltiplicare e trasmettersi tra gli esseri umani.
L’obiettivo finale del nostro approccio è quello di individuare circuiti di regolazione e singoli geni che possano essere utilizzati per lo sviluppo di nuovi approcci terapeutici e vaccinali.
Più in dettaglio possiamo dire che questo progetto si pone tre principali obiettivi:
1) Il primo obiettivo è quello di costruire un sistema inducibile di espressione genica che funzioni in Mtb. I sistemi inducibili sono di fondamentale importanza nello studio della funzione di geni di cui questa è sconosciuta in quanto permettono di dosarne l’attività in risposta ad un semplice stimolo come l’aggiunta al terreno di un metabolita. Questo sarà un importante strumento per facilitare sia lo studio di nuovi regolatori che lo studio di geni essenziali o importanti per la virulenza.
2) Il secondo obiettivo è quello di individuare e caratterizzare nuovi sistemi di regolazione genica in Mtb mediante la tecnologia dei microarray a DNA. Ciò ci permetterà di individuare i geni sotto il diretto controllo trascrizionale di alcuni regolatori che rispondono a particolari stress che i batteri incontrano durante le differenti fasi dell’infezione. Questo tipo di lavoro, già intrapreso da alcune Unità del gruppo di ricerca, ci permetterà, come ci ha permesso in passato, di individuare geni i cui prodotti potrebbero essere essenziali nel meccanismo patogenetico di Mtb (e per cui utilizzabili come bersagli per sviluppare nuovi approcci terapeutici) oppure geni codificanti antigeni espressi specificamente durante l’infezione e che potrebbero essere importanti per sviluppare nuovi approcci diagnostici o vaccinali.
3) Il terzo obiettivo è quello di passare allo studio concreto di questi geni per determinarne l’eventuale ruolo nella patogenesi o nella risposta immunitaria con il fine ultimo di studiare la fattibilità di un loro uso per lo sviluppo di nuove terapie o nuovi approcci vaccinali.
Da una attenta analisi dei risultati ottenuti in precedenza abbiamo selezionato 2 operoni ed un gene appartenenti ad altrettanti circuiti di regolazione trascrizionale con provata o ipotizzata importanza nella patogenesi di Mtb, che consideriamo buoni candidati per sviluppare applicazioni in campo diagnostico, profilattico o terapeutico. Proponiamo di studiare questi geni con lo scopo di confermare e caratterizzare il loro eventuale ruolo nel meccanismo patogenetico di Mtb al fine di porre le basi scientifiche e molecolari per passare, in un secondo momento, ad una fase di sviluppo applicativo, magari con l’ausilio di imprese Biotech interessate o mediante sviluppo di Spin-off. <<<
Durata
24 mesiBase di partenza scientifica nazionale o internazionale
Nonostante gli auspici degli anni ‘70 che prevedevano l’eradicazione del Mycobacterium tuberculosis (Mtb) entro l’anno 2000, la tubercolosi non è stata ancora debellata ed anzi, nel 1993 il WHO la ha dichiarata una ”emergenza planetaria”. Circa un terzo della popolazione è infettato a livello latente da questo microrganismo e circa 2 milioni di esseri umani muoiono ogni anno di tubercolosi (Raviglione, 2003). In Italia i casi annuali di tubercolosi attiva sono circa 4000. La mancanza di un vaccino efficace e di nuovi farmaci contro Mtb è in parte ascrivibile al fatto che fino a pochi anni fa, sia per la difficoltà oggettiva di lavorare con questo importante patogeno (necessità di contenimento BL3, lenta crescita ecc.), sia per il disinteresse dovuto all’incauto ottimismo circa la sua eradicazione, lo studio di Mtb è stato trascurato (Smith, 2003). La situazione è drasticamente cambiata da quando nel 1993 il WHO ha lanciato l’allarme planetario, infatti da allora si è avuto un rifiorire della ricerca in questo campo che è presto divenuto uno dei più competitivi e produttivi settori della microbiologia. Nonostante questo le conoscenze riguardo alla fisiologia di Mtb ed ai suoi meccanismi patogenetici sono ancora sensibilmente minori rispetto a quelle disponibili per altri batteri patogeni (Smith, 2003).Dopo l’arrivo negli alveoli, Mtb viene fagocitato dai macrofagi alveolari all’interno dei quali può replicare dopo aver bloccato la maturazione del fagosoma allo stadio di endosoma precoce (Hestvik et al., 2005). A seconda della qualità e dell’intensità della risposta immunitaria, Mtb causerà una infezione primaria acuta o verrà contenuto all’interno di un granuloma, all’interno del quale potrà sopravvivere a livello latente per decadi senza dare alcun sintomo. In alcuni individui, in corrispondenza di un abbassamento delle difese immunitarie causato dall’età, o da malattie quali l’AIDS, Mtb può riattivarsi, uscendo dallo stato di latenza e causando una tubercolosi secondaria.
La sequenza del genoma di Mtb è stata pubblicata nel 1998; uno degli aspetti più interessanti emersi dalla sua analisi è la presenza di un grande numero di geni codificanti regolatori trascrizionali (Cole et al., 1998). Questo è in contrasto con l’idea normalmente accettata che i batteri adattati all’ambiente intracellulare tendano ad avere pochi regolatori e suggerisce un rapporto di Mtb con l’ospite molto complesso (Bishai & . 1998).
Da qui l’interesse allo studio della regolazione genica globale in Mtb e del suo rapporto con la virulenza. Lo studio dei regolatori dell’espressione genica e la caratterizzazione dei geni sottoposti al loro controllo trascrizionale può infatti rivelare nuovi meccanismi patogenetici e suggerire nuovi approcci terapeutici o di profilassi.
I circuiti di regolazione più conosciuti di Mtb sono quello di DosR, che regola l’ingresso di Mtb nello stato di dormienza in risposta alla inibizione della respirazione aerobia dovuta alla carenza di ossigeno o alla presenza di dosi subletali di ossido nitrico (Voskuil et al., 2003) e quello dei fattori sigma, che interviene in risposta a vari stress ambientali (Manganelli et al., 2004b). Entrambi questi circuiti di controllo della trascrizione genica sono essenziali per la patogenicità. Un altro sistema interessante in via di caratterizzazione, è quello che si riferisce a due regolatori della famiglia Fur, dei quali uno è probabilmente coinvolto con il mantenimento dell’omeostasi dello zinco e l’altro con la risposta a stress ossidativo.
Lo scopo di questo progetto è duplice: (1) da una parte vogliamo continuare il nostro lavoro di caratterizzazione dei circuiti di regolazione globale dell’espressione genica in Mtb, (2) dall’altra vogliamo capitalizzare il lavoro fino ad ora eseguito in questo settore andando a caratterizzare il ruolo di alcuni geni sotto il controllo trascrizionale di regolatori che abbiamo in precedenza caratterizzato e che potrebbero essere importanti sia per lo sviluppo di nuovi farmaci che per lo sviluppo di nuove strategie diagnostiche o vaccinali.
1.a. Fattori sigma
I fattori sigma sono proteine che legano la RNA polimerasi per conferirle specificità di promotore. I batteri possiedono un fattore sigma principale, responsabile del riconoscimento dei promotori dei geni “housekeeping” ed un numero variabile di fattori sigma accessori che vengono attivati in seguito ad un preciso stimolo ambientale ed inducono la trascrizione di un regulone direttamente implicato nella risposta allo stimolo ambientale che li ha attivati.
Il genoma di Mtb codifica 13 fattori sigma, di cui 10 appartenenti ad una particolare famiglia, quella degli ECF (Extra-Cytoplasmic Functions) normalmente coinvolta nel controllo di funzioni extracellulari (Cole et al., 1998).
Di questi 13 fattori sigma, 8 sono stati in parte caratterizzati e tutti sono risultati coinvolti nella virulenza (Manganelli et al., 2004b). Il fattore sigma con il maggior impatto sul potenziale di patogenicità di Mtb è sicuramente SigE, il cui gene è indotto da stress di superficie (Manganelli et al., 1999). Esperimenti eseguiti utilizzando un ceppo di Mtb dove sigE era stato deleto hanno dimostrato che SigE è essenziale per la crescita e la sopravvivenza all’interno dei macrofagi e per la virulenza in un modello animale (Manganelli et al., 2004a). Il mutante sigE è in grado di stimolare il rilascio da parte delle cellule dendritiche di una quantità di IL-10 circa 10 volte superiore a quella stimolata dal ceppo parentale (Giacomini et al., 2006). Al regulone di SigE fanno parte il proprio gene strutturale, il gene codificante SigB, assieme a geni per il metabolismo degli acidi grassi ed a un operone contenente un gene codificante una proteina simile a PspA (Phase Shock Protein) che nei batteri gram negativi stabilizza la membrana in seguito a stress di superficie (Manganelli et al., 2001) ed è essenziale per la virulenza. Altri fattori sigma di particolare interesse sono SigH, coinvolto nella risposta a stress ossidativo (Manganelli et al., 2002) e SigL, coinvolto nella biosintesi di componenti della parete (Dainese et al., 2006)
Tra i fattori sigma ancora non caratterizzati, SigG ha recentemente suscitato interesse per essere fortemente indotto dopo l’ingresso di Mtb all’interno di macrofagi umani (Cappelli et al., 2006) e per condividere con altri due fattori sigma non ancora caratterizzati (SigJ e SigI) la presenza di un dominio C-terminale unico all’interno della famiglia dei fattori sigma.
1.b. FurA e FurB
Il genoma di Mtb codifica per quattro potenziali regolatori trascrizionali dipendenti dal ferro: due appartenenti alla famiglia Fur, FurA e FurB, e due appartenenti alla famiglia DtxR, IdeR e SirR.
Le proteine della famiglia Fur sono ubiquitarie nei batteri e svolgono funzioni di regolazione diversificate che vanno dal controllo della resistenza allo shock da acido (Hall & Foster, 1996), alla detossificazione di radicali ossidrilici (Dubrac & Touati, 2000), all’uptake di metalli (Canneva et al., 2005), alla produzione di tossine e fattori di virulenza (Ochsner & Vasil, 1996). Le proteine di questa famiglia, complessate con Fe(2+) o altri ioni bivalenti di metalli quali lo zinco, agiscono come repressore di alcuni promotori batterici, ma recentemente è stato dimostrato che alcune proteine Fur possono anche fungere da attivatore (Loprasert et al., 2000; Zhang et al., 2005). Delle due proteine di questa famiglia presenti in Mtb, FurA sembra essere coinvolta nella risposta a stress ossidativo. Il promotore del gene furA è localizzato immediatamente a monte del gene stesso e viene indotto da stress ossidativo (Milano et al., 2004; Sala et al., 2003). La proteina FurA è sensibile allo stato redox della cellula: in condizioni riducenti FurA si lega al sito operatore, bloccando l'inizio della trascrizione; in seguito a stress ossidativo, FurA si stacca e permette la trascrizione del gene a valle. Mutazioni che impediscono l'interazione tra FurA ed il sito operatore sono state isolate e caratterizzate: tutte hanno perso la capacità di rispondere allo stress ossidativo, suggerendo che il bersaglio in cis sia stato mutato (Sala et al., 2003). Recentemente, abbiamo isolato un mutante di Mtb con la delezione di furA, del quale intendiamo analizzare il regulone mediante microarrays a DNA.
FurB, è un repressore sensibile alla concentrazione di zinco (Canneva et al., 2005), elemento essenziale carente nei fluidi organici e soprattutto a livello alveolare (Panina et al., 2003). Da qui l’idea che FurB in Mtb possa essere importante per la crescita durante le prime fasi dell’infezione. Recentemente, all’interno di una collaborazione tra le Unità di Pavia e di Padova, è stato costruito e caratterizzato un mutante di Mtb dove il gene furB è stato deleto. Mediante microarray a DNA abbiamo caratterizzato i geni soggetti alla sua regolazione: tra i prodotti di questi geni, due sistemi di trasporto dello zinco, un cluster di 4 proteine ribosomali ed un un gruppo di 11 geni adiacenti costituente uno dei 5 cluster ESAT-6 like presenti nel cromosoma di Mtb.
2. Lo scopo che il progetto si pone, oltre a quello di continuare la caratterizzazione di nuovi regolatori globali della trascrizione, è quello di studiare il ruolo di alcuni geni identificati durante il nostro precedente lavoro. A tal fine sono stati scelti due operoni (sotto il controllo di FurB e SigE rispettivamente) ed un singolo gene, di cui non si conosce il regolatore, ma che viene indotto in presenza di vancomicina.
2.a. Operone Rv0282-Rv0292: cluster 3 ESAT-6 like (sotto controllo trascrizionale di FurB)
La famiglia ESAT-6 riunisce proteine di piccole dimensioni secrete da Mtb (Brodin et al., 2004). Nel sovranatante sono di norma presenti in forma di eterodimeri in coppia con una proteina appartenente alla famiglia correlata CFP-10. In Mtb i geni codificanti membri della famiglia ESAT-6 e CFP-10 sono 23, localizzati in 11 loci cromosomici dove sono normalmente presenti in coppie e sono stati chiamati esxA-W (Cole et al., 1998). Ispezionando l’intorno di questi geni è stato rilevato che in 5 casi i geni esx sono fiancheggiati da blocchi di geni conservati. Questi 5 cluster genici in Mtb sono indicati con numeri da 1 a 5 (Gey Van Pittius et al., 2001). Un’analisi funzionale effettuata su un cluster genico di M. smegmatis analogo al cluster della regione 1 di Mtb ha suggerito che esso codifichi per l’ apparato di secrezione specifico per l’eterodimero CFP-10/ESAT-6 (Converse & Cox, 2005). E’ noto che il cluster 1 è essenziale per la patogenicità di Mtb ed è stato dimostrato che la sua delezione è uno dei principali motivi dell’attenuazione del ceppo vaccinale M. bovis BCG (Hsu et al., 2003). Il suo ruolo durante l’infezione è ancora sconosciuto, ma ci sono indicazioni che suggeriscono che il dimero CFP-10/ESAT-6 provochi la lisi delle cellule infettate (Hsu et al., 2003). Interessanti sono anche le caratteristiche immunologiche delle proteine CFP-10 ed ESAT-6 codificate da questa regione. Infatti esse contengono dei potenti antigeni T immunodominanti e sono considerate tra gli antigeni più promettenti per lo sviluppo di un nuovo vaccino antitubercolare. Da non dimenticare che il sistema Quantiferon approvato recentemente dal CDC per la diagnosi di tubercolosi latente, si basa proprio su questi due antigeni (Ferrara et al., 2005). Di interesse anche la proteina PPE4 codificata in questo cluster essa appartiene alla famiglia delle “PPE-proteins”, una famiglia di 69 proteine definita sulla base del motivo aminoacidico Pro-Pro-Glu localizzato in un dominio conservato all'estremità N-terminale di circa 180 aminoacidi. Il ruolo delle proteine PPE non è ancora stato chiarito, ma è stato ipotizzato che esse abbiano un importante significato immunologico, probabilmente come fonte di variazione antigenica (Cole et al., 1998). E’ stato dimostrato che alcune proteine PPE inducono forti risposte immunitarie sia nell’uomo che negli animali infettati con Mtb (Bonanni et al., 2005). Studi di frazionamento subcellulare e di immunomicroscopia elettronica hanno indicato la localizzazione periferica di alcune proteine PPE (Demangel et al., 2004). PPE4, a differenza delle altre proteine della sua famiglia, ha la peculiarità di possedere alcuni putativi domini transmembrana (http://genolist.pasteur.fr/TubercuList/).
Ancora nessuna informazione è disponibile sul ruolo dei cluster 2, 3, 4 e 5, ma come riportato in precedenza abbiamo dimostrato che i geni del cluster 3 sono sotto il controllo trascrizionale di FurB e per cui indotti in carenza di zinco. La concentrazione di questo metallo è particolarmente bassa a livello alveolare (Panina et al., 2003) per cui si può ipotizzare che i geni di questo cluster vengano overespressi in questa sede. Questo suggerisce che le proteine codificate da questa regione genica siano implicate nello scavenging e/o nell’uptake dello zinco oppure, in alternativa, che Mtb usi la carenza di zinco come segnale dell’ambiente alveolare e che queste proteine siano importanti per l’adattamento ad esso. Un indizio dell’importanza del cluster 3 è quello descritto da Rindi et al. (Rindi et al., 2004) che hanno riportato una diminuita espressione di alcuni geni ad esso appartenenti nel ceppo di Mtb attenuato H37Ra. Altri indizi suggeriscono che questo cluster sia di vitale importanza: è l’unico, insieme al cluster 1 ad essere conservato in M. leprae (Brodin et al., 2004) e uno screening di mutagenesi trasposizionale ha suggerito che possa essere essenziale per la vitalità di Mtb (Sassetti et al., 2003).
2.b. Operone Rv2743c-Rv2745c (sotto controllo trascrizionale di SigE)
Questi tre geni, sotto il diretto controllo trascrizionale di SigE, sono indotti in seguito a stress di superficie (Manganelli et al., 2001). Il prodotto del gene centrale (Rv2744c) presenta una marcata omologia con la proteina PspA, parte di un sistema di protezione dell’integrità della membrana citoplasmatica nei Gram- (Darwin, 2005). In E. coli PspA è una proteina citoplasmatica ed interagisce con un regolatore trascrizionale. Al sopraggiungere dello stress una proteina transmembrana attiva PspA, che agisce liberando il regolatore trascrizionale che promuove la trascrizione di geni per la risposta allo stress di superficie (tra cui PspA), ed associandosi alla superficie interna della membrana citoplasmatica stabilizzandola (Darwin, 2005). In Yersinia ed in Salmonella questo sistema è essenziale per la virulenza. In Mtb i due geni adiacenti a Rv2744c codificano una proteina transmembrana (che potrebbe agire da sensore/attivatore) ed una DNA-binding protein (regolatore) rispettivamente suggerendo l’esistenza di un sistema simile a quello presente nei Gram-
2.c. Rv1619
Recentemente abbiamo identificato i geni di Mtb indotti in seguito ad esposizione a vancomicina. Tra di essi abbiamo identificato Rv1619. La proteina transmembrana codificata da questo gene contiene tre domini presenti anche in una proteina di S. aureus (MprF), deputata alla sintesi di lisil-fosfatidil glicerolo (LPG) (Oku et al., 2004). In S. aureus un mutante dove questo gene è stato deleto è più sensibile a vancomicina e soprattutto è più sensibile all’attività dei peptidi antibatterici prodotti dai neutrofili risultando fortemente attenuato per la virulenza (Staubitz et al., 2004). Il meccanismo proposto: che la presenza di lisina sulla parte esterna della membrana ne attenui la carica negativa inibendo l’interazione con peptidi cationici spiega bene la sensibilità del mutante ai peptidi antibatterici. L’importanza della resistenza allo stress di superficie mediato da peptidi antibatterici prodotti da neutrofili e cellule NK nel meccanismo patogenetico di Mtb è ben nota (Dieli et al., 2001). Recentemente MprF è stata proposta come bersaglio per nuovi farmaci che, inibendo questa proteina, rendano S. aureus più suscettibile all’azione del sistema immunitario (Weidenmaier et al., 2003). <<<



