RICERCA ITALIANA     

Caratterizzazione molecolare di factori di virulenza di Helicobacter pylori

Università degli Studi di Padova

Abstract

Helicobacter pylori è un bacterio microaerofilo Gram-negativo responsabile dello sviluppo di varie patologie gastriche, tra cui gastrite cronica, ulcera gastrica e duodenale, adenocarcinoma gastrico e linfoma di MALT. Il batterio infetta cronicamente la mucosa gastrica di milioni di persone nel mondo: è stato stimato che più del 50% della popolazione mondiale sia infetta. La progressione della malattia dipende da vari fattori, quali le abitudini alimentari e l’immuno-competenza dell’ospite, così come dalla variabilità genetica del ceppo batterico responsabile dell’infezione. Le basi molecolari delle patologie indotte dal batterio sono tuttavia ancora da chiarire.
La caratteristica dei ceppi virulenti di H. pylori di tipo I, isolati da pazienti con sintomi severi, è la presenza nel genoma della cosiddetta “isola di patogenicità cag” (cytotoxic associated gene-PAI), un cluster di geni di circa 37 kb che codifica per un sistema di secrezione di tipo IV (T4SS), omologo al VirB/D4-T4SS del patogeno vegetale Agrobacterium tumefaciens e di altri batteri Gram-negativi. In H. pylori il T4SS serve alla traslocazione nella cellula dell’ospite dell’effettore molecolare CagA, oltre che all’induzione di citochine proinfiammatorie dell’ospite, responsabili, nel lungo periodo, di infiammazioni croniche e danni all’epitelio gastrico che possono promuovere la proliferazione cellulare maligna. L’effetto del cag-T4SS sulle vie di segnalazione cellulare è stato intensamente studiato nel >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Giuseppe Zanotti Università degli Studi di PADOVA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Il fine a lungo termine del nostro lavoro è quello della caratterizzazione molecolare dei fattori di virulenza che promuovono l’infezione e la successiva progressione della malattia del patogeno gastrico umano Helicobacter pylori. In particolare, siamo interessati ai determinanti strutturali e funzionali delle proteine codificate dall’isola di patogenicità (cag-PAI), ai regolatori dell’espressione di geni di virulenza, così come a nuovi effettori o molecole batteriche coinvolte nell’infezione e nell’induzione dei sintomi della malattia. Gli obiettivi principali saranno: a) la determinazione delle strutture cristalline di queste proteine, sole o in complesso, usando la diffrazione dei raggi X; nonché b) saggi di localizzazione e funzionali, per seguirne l’espressione e i pattern di assemblaggio; tutto questo allo scopo di individuare meccanismi molecolari che possano essere bersaglio per nuove cure e strategie di eradicazione.
Dalle strutture cristalline determinate cercheremo di estrarre le seguenti informazioni:
a) per le proteine la cui funzione è totalmente sconosciuta, la loro struttura 3D potrà fornire importanti suggerimenti in merito. Questi studi necessariamente coinvolgono collaborazioni tra unità per effettuare esperimenti biologici e funzionali sia in vitro che in vivo.
b) Una volta che la funzione sia stata chiarita, la struttura 3D permetterà una migliore comprensione degli aspetti molecolari, che potrebbero portare eventualmente alla >>>

Risultati parziali attesi

I risultati attesi permetteranno di approfondire la nostra comprensione dei determinanti strutturali e funzionali che sottendono la virulenza cag-dipendente in H. pylori. Questa conoscenza è importante perché la traslocazione di CagA, l’induzione di IL-8 e l’esposizione di peptidoglicano mediata dal T4SS sono le principali cause di gravi sintomatologie acute e croniche, nonché dei processi di carcinogenesi. Svolgendo gli studi proposti ci attendiamo di risolvere le strutture tridimensionali di proteine importanti per l’assemblaggio del sistema di secrezione di H. pylori e ottenere evidenze moelcolari e meccanicistiche sulla loro funzione ed il loro ruolo nella patogenesi. Inoltre svilupperemo approcci innovativi per studiare la regolazione dei geni cag, come lo screening dei promotori mediante ceppi reporter lux, e avremo la possibilità di seguire come le interazioni con le cellule dell’ospito modulino l’espressione dei geni dell’isola di patogenicità, nonché di identificare gli stimoli e i regolatori trascrizionali che mediano questa regolazione. I risultati contribuiranno agli sforzi colletivi per ritrovare nuove strategie di controllo per H. pylori. Il progetto permetterà anche di rafforzare la collaborazione tra le due unità di ricerca e a promuovere l'inserimento di giovani ricercatori nella comunità scientifica internazionale.


Implicazioni sociali del progetto. È stato stimato che circa il 70% delle infezioni di H. pylori è asintomatico e >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Helicobacter pylori infetta cronicamente ogni anno la mucosa gastrica di milioni di persone nel mondo: è stato stimato che più del 50% della popolazione mondiale sia infetta [1]. H. pylori è stato associato con lo sviluppo di varie malattie dello stomaco, tra cui la gastrite cronica, gastrite e ulcera duodenali, adenocarcinoma gastrico e linfoma associato alla mucosa [2-5]. Approssimativamente il 10% degli individui che sono infettati durante l’infanzia hanno probabilità di sviluppare un’ulcera peptica; più drammaticamente, circa l’1% degli individui infetti svilupperanno un tumore allo stomaco: questo coinvolge più di 600.000 individui ogni anno nel mondo [6], e ha spinto la WHO (World Health Organization) a classificare nel 1994 il batterio come agente carcinogeno di classe 1.
La terapia standard per sradicare l’infezione da H. pylori è l’uso combinato di tre diversi antibiotici. Benché tale terapia abbia rivoluzionato il trattamento delle ulcere gastriche e rappresenti una valida cura per questo tipo di malattia, nuovi problemi stanno emergendo, a causa dell’aumentato numero di individui che ospitano ceppi batterici resistenti.
Le basi molecolari delle patogenesi indotte da H. pylori non sono del tutto chiarite. Il modello corrente spiega l’insorgere di tumori allo stomaco come una conseguenza di anni di infiammazione cronica, che porta a atrofia gastrica e ad un aumento del turnover cellulare, eventi che forniscono una pressione selettiva all’emergere di >>>