Infecciones bacterianas
Los Proteoglicanos Como Receptores Celulares Para Microorganismos
La adherencia microbiana es una etapa esencial para que tenga lugar el proceso infeccioso. La codificación de información en las cadenas de GAGs permiten la interacción con múltiples ligandos específicos, siendo incluso utilizados por los patógenos para mediar la interacción específica con ciertos tipos celulares del hospedador.
Los GAGs poseen unas propiedades únicas que les permite participar tanto en infecciones localizadas como sistémicas: están presentes en todos los tipos celulares y en la matriz extracelular, y, además, su estructura es dependiente de la célula específica o tipo de tejido involucrado y su estado fisiológico.
Trabajos previos en la literatura han descrito como los GAGs intervienen en la unión de un amplio espectro de patógenos, tanto parásitos, como virus, como bacterias.
Esquema de la interacción de las cadenas de heparán sulfato con adhesinas bacterianas.
Los proteoglicanos de superficie corneal como receptores de adherencia en infecciones bacterianas oculares
Las infecciones de la córnea o queratitis son afecciones frecuentes que han de ser tratadas con atención inmediata ya que puede progresar rápidamente y conllevar graves consecuencias que van desde una disminución de la visión hasta cicatrización irreversible, e incluso ceguera.
El epitelio corneal, expuesto al medio ambiente, representa una barrera activa contra patógenos, bacterias comensales, estímulos tóxicos y alérgenos. Debido a la constante alteración física que supone el pestañeo y el flujo de lágrimas, así como a la presencia de numerosos componentes antibacterianos, la superficie ocular de individuos está escasamente poblada por bacterias.
Determinados estudios previos a nuestro trabajo habían demostrado la implicación de los GAGs en el desarrollo de ciertas queratitis bacterianas, como en el caso del conocido patógeno Staphylococcus aureus, responsable del 10-25% de los casos de queratitis bacteriana. En nuestro equipo, hemos ido más allá y analizado el papel de los GAG como receptores de las principales bacterias patógenas oculares en la superficie corneal. El trabajo está recogido en el artículo Different Use of Cell Surface Glycosaminoglycans As Adherence Receptors to Corneal Cells by Gram Positive and Gram Negative Pathogens publicado en Frontiers in Cellular and Infection Microbiology.
La reducción de los niveles de GAGs de la superficie corneal, tanto mediante inhibición de su biosíntesis como por degradación enzimática, disminuyó la adherencia bacteriana a las células corneales, demostrando así el uso universal de estas moléculas como receptores. Además, diferencias significativas entre patógenos Gram + y Gram - fueron detectadas en todos los casos, indicando un uso diferencial de los GAGs
Adhesión relativa de bacterias Gram – (azul) y Gram + (rosa) a células epiteliales corneales tratadas con inhibidores para la biosíntesis de glicosaminoglicanos o con diferentes liasas bacterianas degradadoras de heparán y condroitín sulfato.
Mediante experimentos de competición en la adherencia con diferentes tipos de GAGs solubles se comprobó que el HS es la principal especie molecular implicada. Los diferentes tipos de CS analizados mostraron también diferentes porcentajes de implicación en el proceso. Además de la importancia de la longitud de la cadena sacarídica, cabe destacar la relevancia de los dominios sulfatados del HS en la unión bacteriana detectada también por experimentos en competición por la adherencia.
Unión bacteriana relativa a células epiteliales corneales en experimentos de competición por la unión en presencia de diferentes especies de glicosaminoglicanos solubles y dominos de heparán sulfato con diferente grado de sulfatación.
Para establecer la importancia de la sulfatación en posiciones específicas del HS en este proceso, se generaron por ARN de interferencia líneas celulares knockout con la expresión de los genes implicados en la sulfatación en N-, C-2 y C-6 silenciados. Los datos demostraron que la sulfatación de la cadena era esencial para la unión bacteriana, especialmente en los residuos N- y C-6 del residuo de glucosamina.
Unión relativa de bacterias Gram – (azul) y Gram + (rosa) a líneas knockout de epitelio corneal.
Conocer los detalles moleculares esenciales para la interacción de patógenos con las células permitirá abrir nuevas vías para intervenir en este proceso clave para la infección. La prevención de la adhesión o etapas de invasión ayudará a combatir el grave problema de las resistencias a antibióticos. Nuestros estudios abren las puertas a la posibilidad del empleo de los GAGss, o parte de ellos, en el desarrollo de terapias puesto que se trata de moléculas inocuas, no inmunogénicas y no generadoras de resistencias.
Modificación de la estructura de los GAGs de superficie celular corneal mediada por interacción con bacterias patógenas y sus consecuencias fisiológicas
Como consecuencia de los anteriores resultados, la investigación continuó centrándonos en evaluar las consecuencias fisiológicas que implica la adhesión de patógenos bacterianos a las células del epitelio corneal.
Esquema de posibles rutas de señalización alteradas por la interacción con microorganismos que llevan a cambios en la expresión de diferentes genes.
Los cambios en la estructura de las moléculas GAG inducidas por su unión a microorganismos pueden ser utilizados por estos como herramientas para promover la infección. El cambio en la estructura de las moléculas GAG inducidas por su unión a microorganismos generaría moléculas con diferentes afinidades para las adhesinas bacterianas. Dependiendo de si esta afinidad aumenta o disminuye, se puede proponer un significado fisiológico que promueva la comprensión de la relación huésped-patógeno. Hemos detectado que la unión bacteriana induce cambios importantes en las estructuras de PG y GAG, principalmente debidos por variaciones en la expresión génica de los enzimas modificadores de las cadenas.
Inmunohistoquímica que muestra alteraciones en la expresión del proteoglicano de superficie celular Glipicano 3 y de heparán sulfato en células epiteliales corneales después de interactuar con 3 bacterias patógenas (Neisseria gonorrhoeae, Streptococcus pneumoniae y Pseudomonas aeruginosa), en relación con las células de control.
Las alteraciones en la estructura de los GAGs tras la interacción con bacterias patógenas también pueden conllevar alteraciones en diferentes procesos fisiológicos. La fisiología compleja de los organismos superiores requiere una comunicación constante entre las células que los componen. Esta comunicación se establece a través de una amplia gama de señales químicas, que incluyen citoquinas, quimiocinas, factores de crecimiento, etc. Los GAG desempeñan un papel esencial en estos procesos, por ello, alteraciones en su estructura, y por tanto en los dominios específicos de unión a ligandos, pueden tener importantes consecuencias en la fisiología y la respuesta inmune.
El objetivo general de esta línea de investigación es analizar las alteraciones en las PG y GAG inducidas por la adherencia bacteriana; investigar los mecanismos por los cuales se regulan estas alteraciones; y para determinar su importancia fisiológica, tanto en relación con la relación huésped-bacteria como en relación con la fisiología de la célula epitelial en sí.
García, B; Merayo-Lloves, J; Rodríguez, D; Alcalde, I; García-Suárez, O; Alfonso, JF; Baamonde, B; Fernández-Vega, A; Vazquez, F; Quirós, LM. (2016). Different use of cell surface glycosaminoglycans as adherence receptors to corneal cells by gram positive and gram negative pathogens. Frontiers in cellular and infection microbiology, 6, 173.
García, B; Merayo-Lloves, J; Martin, C; Alcalde, I; Quirós, LM; Vazquez, F. (2016). Surface proteoglycans as mediators in bacterial pathogens infections. Frontiers in microbiology, 7, 220.