Mucusul intestinal ca barieră activă: glicanii mucinici limitează virulența Salmonellei

Mucusul intestinal reprezintă prima linie de apărare împotriva infecțiilor enterice. Un component esențial al acestuia, mucina secretată MUC2, limitează povara bacteriană și severitatea infecției cu agenți patogeni precum Citrobacter rodentium și Salmonella enterica serovar Typhimurium. Structura mucusului variază de-a lungul tractului gastrointestinal, iar zonele cu densitate scăzută de mucus, cum este cecul, pot facilita inițierea infecției.

Context și ipoteză

Deși stratul de mucus reprezintă o barieră fizică evidentă, inhibiția chimică a virulenței bacteriene prin componentele mucusului, precum glicanii mucinici, este mai puțin înțeleasă. Autorii studiului de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts propun că glicanii atașați de MUC2 au capacitatea de a suprima expresia genelor de virulență ale Salmonellei, în special a celor din insula de patogenitate SPI-1, implicată în invazia celulelor epiteliale.

Rezultate principale

Mucinele inhibă invazia celulară

• MUC2 și MUC5AC purificate de la porc suprimă invazia Salmonellei în celule epiteliale HT-29.
• Microscopia electronică și confocală confirmă asocierea fizică a bacteriilor cu matricea de mucină și reducerea invaziei.
• Inhibiția are loc și în celule polarizate și nu depinde de specificitatea glicozilării mucinelor.

Mucinele suprimă expresia SPI-1

• qPCR și RNA-seq arată suprimarea doză-dependentă a genelor SPI-1 (hilA, prgH) de către MUC2 și MUC5AC.
• Proteomica confirmă reducerea sintezei proteinelor SPI-1, incluzând complexul de secreție T3SS.
• CMC, un polimer anionic fără structuri glicozidice, nu are același efect, indicând necesitatea interacțiunilor specifice cu glicanii mucinici.

Glicanii mucinici acționează ca semnale anti-infecțioase

• Un amestec de O-glicani purificat din MUC2 reduce invazia celulară și exprimarea SPI-1.
• Monozaharidele izolate (GalNAc, GlcNAc) suprimă SPI-1 într-un mod dependent de doză, dar mai puțin eficient decât glicanii complecși.
• Glicanii liberi și cei ancorați pe un polipeptidă (GalNAc-serină) au efecte similare cu mucina intactă asupra expresiei SPI-1.

Mecanismul: interacțiunea cu regulatorul HilD

• HilD este un regulator AraC/XylS care controlează întreaga insulă SPI-1.
• Docking-ul virtual și mutageneza site-directed indică faptul că GalNAc și GlcNAc interacționează cu domeniul jelly-roll al HilD.
• Mutanții HilD „insensibili” nu răspund la mucină sau glicani, menținând expresia SPI-1 și invazia.
• Combinarea GalNAc sau GlcNAc cu acizi biliari (CDCA) duce la inhibiție aditivă a SPI-1, sugerând integrarea mai multor semnale gazdă la nivelul HilD.

Prezentarea pe suport proteic amplifică efectul

• Glicopeptidele GalNAc-serină (100-mer, 25% densitate) suprimă expresia SPI-1 similar cu MUC2, în ciuda unui conținut mai mic de GalNAc.
• Efectul este pierdut în mutanții HilD, confirmând specificitatea mecanismului de semnalizare.

Sialilarea blochează activitatea anti-virulență

• Glicopeptidele sialilate cu legături ⍺2,3 și ⍺2,6 își pierd complet activitatea de suprimare a SPI-1.
• Acest lucru sugerează că sialilarea maschează reziduurile active de GalNAc, prevenind interacțiunea cu HilD.

Discuție

Rezultatele susțin un model în care glicanii mucinici acționează ca semnale chimice anti-virulență care inhibă invazia Salmonellei prin suprimarea SPI-1. Această suprimare este mediată de interacțiuni directe cu regulatorul HilD, în special prin GalNAc și GlcNAc prezentate în mod specific pe un suport polipeptidic. Deși monozaharidele libere au un efect modest, prezentarea nativă amplifică răspunsul.

Importanța structurii și a compoziției chimice este subliniată de efectul inhibitor complet al sialilării. În plus, mucusul pare să combine bariera fizică cu semnale biochimice care modulează virulența bacteriană în funcție de contextul fiziologic intestinal.

Descoperirea că glicanii mucinici modulează virulența deschide noi perspective asupra mecanismelor de apărare ale mucoasei și oferă un fundament pentru dezvoltarea de strategii antivirale inspirate de biologia gazdei.

Concluzii

Studiul demonstrează că glicanii derivați din mucina intestinală suprimă expresia factorilor de virulență SPI-1 ai Salmonella Typhimurium printr-un mecanism dependent de HilD. Această suprimare este condiționată de:

• compoziția chimică a glicozilării (efectul GalNAc și GlcNAc)
• prezentarea glicanică pe un suport proteic
• lipsa sialilării terminale

Aceste descoperiri aduc o înțelegere profundă a modului în care mucusul nu doar blochează fizic agenții patogeni, ci și le modifică comportamentul prin semnale moleculare directe.