Mechanisms of P fimbriae cell activation

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish De allra flesta mikrobiella infektioner börjar på slemhinnan och en gemensam nämnare för patogena mikroberna är deras förmåga att stimulera ett immunsvar på just den plats som de infekterat. De patogena bakteriernas kommer först i kontakt med epitelcellerna, som bildar kroppens barriär mot omgivningen. Interaktionen mellan patogener och dessa celler leder till ett inflammatoriskt svar, då epitelcellerna producerar mediatorer som kan signalera till andra celler i immunförsvaret. Omfattningen av detta immunsvar bestäms av speciella bakteriella komponenter (virulensfaktorer). För Escherichia coli som som är den vanligaste orsaken till urinvägsinfektioner, är vidhäftning (adhesion) en mycket viktig faktor. Tidigare trodde man att adhesion bara var till för att bakterien skulle kunna hålla sig kvar på slemhinneytorna, men man vet nu att adhesion till receptorer på epitelcellerna också direkt aktiverar dessa celler till att producera, så kallade cytokiner. Cytokiner är substanser som stimulerar och koordinerar immunsvaret, genom att till exempel rekrytera immunceller som kan fagocytera (äta upp) de infekterande bakterierna och på detta vis angripa och avlägsna infektionen. I denna avhandling har jag studerat den initiala signalen, det vill säga vad som händer efter det att bakterien bundit till sin specifika receptor på värdcellen, och vilka signaler som aktiveras i cellen. Urinvägarna är normalt sett en steril miljö, till skillnad från tarmen med dess rika normalflora, vilket gör urinvägsinfektioner till en mycket användbar modell för att studera interaktioner mellan en viss bakterie och värden. Uropatogena E. coli använder hårlika utskott, så kallade fimbrier för adhesion till värdcellerna. Dessa fimbrier binder till olika men specifika kolhydratstrukturer på epitelcellerna. P fimbrierade E. coli är framförallt associerade med sjukdom i de övre urinvägarna, där dessa bakterier infekterar njurarna och orsakar pyelonefrit. Typ 1 fimbrier uttrycks av de allra flesta urinvägspatogena E. coli stammar, och tros vara en faktor som hjälper bakterien att initialt kolonisera tarmen och de nedre urinvägarna, dvs urinblåsan. Jag har visat att både P och typ 1 fimbrierade E. coli, till skillnad från icke-fimbrierade bakterier, aktiverar ett cytokinsvar i epitelceller, men att de olika fimbrierna aktiverar cellerna via olika signaleringsvägar. P fimbrierade bakterier aktiverar cellerna genom att frisätta ceramid, som utgör lipiddelen av fimbriens glykolipidreceptor på värdcellen, medan typ 1 fimbrien använder sig av en annan signal. De båda fimbrietyperna skiljde sig också med avseende på vilka protein-kinaser de aktiverar i värdcellen. Lipopolysackarider (LPS) från Gramnegativa bakterier är väl kända aktivatorer av inflammation, men bara i vissa celltyper såsom makrofager. LPS känsliga celler har speciella receptorer (CD14) på sin yta. Epitelceller saknar dessa receptorer, men kan ändå svara på infektion med Gramnegativa bakterier. Jag har studerat om fimbrier kan presentera LPS på ett sätt som aktiverar värdcellen. CD14 har inte någon direkt signalerande funktion, utan kräver en co-receptor för att aktivera celler. Det är nu känt att Toll-liknande receptorer (TLR) fungerar som denna co-receptor. Jag fann att typ 1 fimbrier kunde presentera LPS, samt att fimbrie-receptor interaktionen i sig kunde stimulera en cytokinsvar i epitelcellerna. P fimbrierade bakterier kunde inte presentera LPS för epitelet. Cytokinsvaret var då beroende av fimbrie-receptor bindning, och av en funktionell TLR genotyp hos värden. Dessa studier bidrar till att förklara sambandet mellan virulens och sjukdom. Enstaka ytstrukturer hos bakterier visade sig kunna påverka uppkomsten av inflammation, och samspelet mellan slemhinnans celler och infektionsförsvaret.