Esotossine

1. Esotossine Tipici fattori di patogenicità Veleni estremamente potenti Natura proteica; antigeni neutralizzabili L’immunità specifica protegge dai loro effetti Vaccinazioni; sieroprofilassi e sieroterapie Profili di azione molto differenziati Vanno studiate e comprese una per una

2. Anatossine • Tossicità e antigenicità sono dissociabili, perché attribuibili a parti diverse delle tossine • Classicamente, il trattamento con formolo fa perdere la tossicità, mentre si mantiene l’antigenicità  anatossina • L’anatossina è impiegata come vaccino, per evocare anticorpi che neutralizzano la tossina [antitossina], conferendo protezione specifica dalle malattie a patogenesi esotossica

3. Esotossine – aspetti molecolari • Le esotossine classiche sono grosse molecole proteiche, o complessi multimerici • In genere, una parte [B, dabinding] della tossina serve per riconoscere il recettore specifico cui legarsi • Una parte distinta [A, daactive] penetra nella cellula, e vi svolge un’attività di tipo enzimatico, intossicandola

4. Esotossine binarie • L’aggettivo è entrato nell’uso per indicare quelle tossine fatte di diversi polipeptidi il cui aggregato multimerico risulta tossico, mentre non lo sono i monomeri separati

5. Tossina colerica • Paradigma di tossina binaria • 5 monomeri B circondano un monomero A • Le parti B, reagendo coi recettori specifici, modificano allostericamente il complesso, traslocando attraverso la membrana cellulare il polipeptide A, che si scinde in una parte enzimaticamente attiva, ADP-ribosilante una proteina di membrana che controlla [frena] l’AMP ciclasi

7. Cholera toxin has several subunits which form a ring with one A subunit inserted in the center. B binds to gangliosides on the cell surface and appear to provide a channel through which A penetrates. A1 is formed by proteolytic cleavage and after internalization ADP-ribosylates a cell membrane regulator complex (using NADH as a substrate), in turn causing activation of adenylate cyclase. Activation of adenylate cyclase causes an increase in cyclic AMP production with resulting decrease in sodium chloride uptake from the lumen of the gut and active ion and water secretion with a watery diarrhea resulting. E. coli labile toxin has a similar mode of action.

9. Meccanismo di azione della tossina colerica http://www.jyi.org/articleimages/610/originals/img1.jpg

10. Tossina difterica • Prodotta dal C. diphteriae per conversione lisogena dal fago b • Polipeptide unico, viene scisso in due frammenti [A e B] uniti da ponte S-S • A penetra nel citosol dopo che B ha reagito col recettore; ADP ribosila il fattore di allungamento [EF2], bloccando le sintesi proteiche

12. Esotossina A di Pseudomonas aeruginosa • Ha meccanismo di azione analogo a quello della tossina difterica • Frammento A ADP ribosila l’EF2 delle cellule che hanno il recettore per il frammento B

13. Tossine tetanica e botulinica • Polipeptidi unici, che si dividono in frammento A e frammento B • Il frammento B delle due tossine riconosce recettori diversi  diversi i bersagli • In ambedue i casi il frammento A, una volta dentro la cellula, ha attività di endopeptidasi zinco-dipendente, attiva su proteine necessarie per la neuroesocitosi [studiarla con la fisiologia]

14. Meccanismo tetano e botulismo

15. Tossina botulinica • Il frammento B si lega a recettori di neuroni, facendo endocitare il frammento A, che viaggia fino alle placche neuromuscolari, dove blocca il rilascio del mediatore chimico [acetilcolina], impedendo il passaggio dell’impulso motorio e causando la paralisi flaccida

16. Meccanismo tossina botulinica

17. Tossina tetanica • Si lega a recettori nervosi periferici; il frammento A risale fino alle sinapsi inibitorie dei motoneuroni bulbari e spinali, dove blocca il rilascio del mediatore chimico [GABA] • I motoneuroni, disinibiti, inviano impulsi continui, che provocano il tetano [paralisi spastica]

18. Meccanismo tetano

19. Tossina di Shiga o Verocitotossina • Prodotta da Shigella disenteriae e da alcuni ceppi di E. coli • Azione analoga a quella della ricinotossina • Modificazione enzimatica del 28S RNA e blocco delle sintesi proteiche • Svelabile per l’azione su cellule Vero

20. Shiga toxins (chromosomally encoded) are involved in the pathogenesis of shigellosis, whilst shiga-like toxins (phage encoded) are primarily produced by enterohemorraghic E. coli. They share a common mode of action. A fragment of the A subunit passes to the ribosome where it has N-glycosidase activity on a single adenosine residue; i.e. the bond between the base and ribose is lysed. Diarrhea results not from active ion/water secretion, but poor water absorption due to death of epithelial cells from inhibition of protein synthesis.

21. Shiga ToxinCohen et al.: Int. Immunol., 2, 1-8, 1990. • Il recettore è un globotrosylceramide (Gb3), identificato come CD77 su linfociti B commissionati a IgG o IgA. • Questi vengono uccisi selettivamente -> non si ritrovano che anticorpi IgM.

22. Shiga ToxinScott, 1995 • 5 ml in 5 volontari • diarrea in 4 dei 5; in media 2,5 litri • 25 ml di tossina colerica, in 2 volontari • diarrea, mediamente di 21,9 litri, per 93 ore.

23. Citotossina del Clostridium difficile

24. Tossine carbonchiose • Una subunità B media l’attacco al recettore dell’una o dell’altra subunità attiva, rispettivamente: • Fattore Letale [LF] • Fattore Edematogeno [OF] • La parte B costituisce l’antigene protettivo [PA]

26. ‘Tossine’ istolitiche • A differenza delle esotossine classiche, non agiscono dentro, ma fuori delle cellule • Enzimi che agiscono su diversi substrati, all’esterno delle cellule, disorganizzando il tessuto • Collagenasi, elastasi, ialuronidasi, proteasi, … • L’effetto prevalente è che favoriscono l’invasione microbica, per cui vanno considerate fattori di virulenza più che [o prima che] di patogenicità

27. ‘Tossine’ citolitiche • Ledono le membrane cellulari per attività enzimatica [p.e. fosfolipasi] o come detergenti • Il danno a carico di cellule della difesa giustifica che le si considerino fattori di virulenza, più che [o prima che] di patogenicità

28. Superantigeni • Alcuni prodotti microbici, oltre a una loro tossicità specifica, si comportano da superantigeni, che attivano policlonalmente i linfociti T, facendo produrre un eccesso di citochine, che mediano fatti patologici, fino allo shock • Così, le enterotossine stafilococciche, la TSS-1, le tossine pirogeniche di S. pyogenes

29. Superantigens: microbial agents that corrupt immunity Contrasting mechanisms of conventional antigen (upper panel) and superantigen presentation (lower panel). http://www.thelancet.com/journals/laninf/article/PIIS1473-3099(02)00222-0/fulltext#article_upsell The LancetInfectiousDiseases, Volume 2, Issue 3, Pages 156 - 162, March 2002

30. Enterotossine stafilococciche • Prodotte da circa 1/3 dei ceppi di S. aureus • Almeno 9 sierotipi: SEA, SEB, SEC1, SEC2, SEC3, SED, SEE, SEH, SEG • Omologie genetiche • Spesso in profagi

31. Enterotossine stafilococciche • Tossiche per ingestione • Intossicazioni alimentari - epidemie • Tossiche per inalazione • [la SEB rientra fra le armi biologiche] • Resistono al riscaldamento • Provocano febbre, nausea, vomito, diarrea • In alte concentrazioni, sistemicamente, Sindrome da shock tossico [TSS]

32. Sindrome da shock tossico • Inizialmente, da tamponi mestruali colonizzati da S. aureus produttore di TSS-1 • Poi: da tamponi chirurgici, o da infezioni da vari ceppi di S. aureus, produttori di varie enterotossine • Di recente: da infezioni dovute a S. pyogenes produttore di Tossine pirogeniche

33. Enterotossine stafilococciche • The molecular basis behind enterotoxin activity is not clear. It is thought that the emetic response is due to stimulation of nerve centers in the gut, which is transmitted by the vagus & sympathetic nerves to the vomiting center in the brain. Studies where these two nerves have been severed show that vomiting does not occur. The diarrheal response if even less understood because Staph Enterotoxins do not activate adenylate cyclase.