C2 Fragment from Neisseria meningitidis Antigen NHBA Disassembles Adherence Junctions of Brain Microvascular Endothelial Cells

Neisseria meningitidis è uno dei patogeni in grado di causare meningite oltre che sepsi in soggetti infettati, due patologie che colpiscono maggiormente bambini e adolescenti entro poche ore dal contagio a meno di una tempestiva terapia antibiotica. La malattia meningococcica risale al sedicesimo secolo. La prima descrizione della malattia causata da questo agente patogeno avvenne ad opera di Viesseux nel 1805 come conseguenza di 33 decessi occorsi a Ginevra, Svizzera [1]. Circa 70 anni dopo, due italiani (Marchiafava e Celli) nel 1884 identificarono per la prima volta degli infiltrati meningococcichi nel fluido cerebrospinale [2]. La presenza di Neisseria meningitidis nel mondo varia in base a paesi e regioni e risulta essere ciclica. Grazie alla scoperta di agenti antimicrobicidi come i sulfonamidici e grazie alla diffusione di un adeguato protocollo di prevenzione sanitaria i casi di mortalita` dovuti a questo agente patogeno sono rapidamente diminuiti dal 14 al 9%. Ciò nonostante una percentuale compresa tra l’11 e il 19% dei soggetti ha continuato ad avere problemi post-infezione come disordini neurologici, o perdità dell’udito [3]. Esistono attualmente 13 sierogruppi e, di questi, il 99% delle infezioni è causato dai tipi A, B, C, 29E, W-135 e Y. I sierogruppi sono stati a loro volta classificati in 20 sierotipi sulla base della presenza dell’antigene proteico PorB, in 10 sierotipi sulla base dell’antigene PorA e in altri immunotipi a seconda della loro capacita` di indurre una risposta immunitaria nell’ospite grazie alla presenza di altre proteine batteriche del patogeno, e per la presenza di un particolare lipopolisaccaride chiamato LOS (lipooligosaccaride) [4]. Neisseria meningitidis è in grado di colonizzare l’epitelio della mucosa orofaringea, dove vi può sopravvivere in maniera asintomatica per l’ospite. La trasmissione inter-individuale avviene attraverso secrezioni dell’apparato respiratorio. L’ incidenza annuale risulta essere di 1- 5 casi ogni 100000 abitanti nei paesi industrializzati, mentre nei paesi ancora in via di sviluppo questa sale a 50 casi per 100000 abitanti. Più del 50% dei casi riguarda bambini sotto i 5 anni d’età, con un’elevata incidenza per coloro che hanno meno di un anno di vita. Questo fatto dipende dall’emivita degli anticorpi materni solitamente in grado di proteggere il neonato per circa 3-4 mesi dopo la nascita. In periodi definiti non-epidemici la percentuale dei portatori sani varia tra il 10 e il 20% della popolazione, e per l’appunto la condizione di portatore asintomatico non è poi così infrequente [5, 6]. Soltanto in un numero ristretto di casi la colonizzazione del batterio progredisce manifestando la patogenesi meningococcica: ciò è per la maggior parte dovuto alla presenza di specifici anticorpi, o per l’attività del sistema del complemento dell’ospite che è in grado di controllare ed eliminare il patogeno impedendone così la sua disseminazione attraverso il flusso sanguigno. Tuttavia, in un piccolo gruppo della popolazione, la colonizzazione del tratto respiratorio superiore è seguita da una rapida invasione delle cellule epiteliali della mucosa, da dove il batterio è in grado di entrare nel torrente ematico, e raggiungere il sistema nervoso centrale inducendo una forte risposta infiammatoria. Quale sia l’evento che perturbi l’equilibrio tra essere portatore asintomatico e paziente infetto ancora non è noto. Alcuni fattori sembrano giocare un ruolo chiave in questo cambiamento come la virulenza del ceppo batterico, la capacità della risposta immunitaria dell’ospite, l’integrità della mucosa e alcuni fattori ambientali [7]. La proteina NHBA, Neisserial Heparin Binding Antigen, è una lipoproteina esposta sulla superficie del batterio, originariamente identificata attraverso la tecnica della “reverse vaccinology” [8]. NHBA in Nm ha un peso molecolare predetto di 51 kDa. La proteina altresì contiene una regione ricca in Arginine (-RFRRSARSRRS-) localizzata in posizione 296 -305 ed altamente conservata in vari ceppi di Neisseria [9]. Tale proteina è altamente conservata in Neisseria e non ha omologie di sequenza con nessun’altra proteina registrata nei database procariotici. Due diverse proteasi possono tagliare la proteina intera NHBA producendo due frammenti differenti: nel primo caso la proteasi batterica NalP taglia la proteina intera in posizione C-terminale producendo un frammento di 22 kDa (comunemente chiamato C2) che inzia con la Ser293 e quindi comprendendo lo stretch di Arginine. Invece, nel secondo caso, la lattoferrina umana (hLf) taglia NHBA immediatamente a monte della sequenza di Arginine, producendo un frammento più corto di circa 21 kDa (comunemente chiamato C1). Sebbene sia risaputo che un passaggio cruciale nella patogenesi mediata da Neisseria meningitidis sia l’alterazione della funzione di barriera della microvascolatura encefalica, che può dunque risultare in una rottura della barriera emato- encefalica stessa, non è ancora chiaro quali siano i fattori rilasciati o prodotti dal batterio in grado di indurre un simile effetto. L’integrità dell’endotelio è controllata dalla proteina VE-caderina, localizzata sulle giunzioni aderenti che regolano il contatto cellula- cellula. Tale proteina promuove e regola dunque la permeabilità endoteliale [10]. E’ stato ben documentato che l’alterazione della permeabilità endoteliale può essere dovuta a processi di fosforilazione indotti da fattori solubili come VEGF o TGF-beta[11] [12]. Il nostro lavoro documenta come, a differenza del frammento C1, il frammento C2 prodotto dal taglio della proteina intera NHBA, sia in grado di aumentare la permeabilità delle cellule endoteliali HBMEC (human brain microvasculature endothelial cells) fatte crescere a monostrato sulla membrana di un sistema di transwell. L’esposizione della porzione apicale dell’endotelio polarizzato al frammento C2 consente il passaggio di un tracciante fluorescente, BSA-FITC, dal lato superiore a quello inferiore del transwell, in tempi rapidi a seguito del trattamento. E’ interessante notare che l’effetto di C2 sull’endotelio è tale da permettere il passaggio dal lato superiore a quello inferiore del transwell non solo di E. coli, usato come modello batterico preliminare, ma anche dello stesso Neisseria meningitidis MC58, in maniera ROS dipendente. Degno di nota è il fatto che abbiamo osservato che la somministrazione di C2 alle cellule endoteliali provoca una riduzione ROS dipendente del contenuto totale di VE-caderina. A seguito della sua fosforilazione, infatti, VE-caderina viene endocitata all’interno della cellula per poi essere degradata probabilmente attraverso il trasporto di essa verso il proteasoma. I nostri dati suggeriscono pertanto che C2 sia uno dei meccanismi di invasione possieduti da Neisseria per invadere i tessuti dell'ospite.