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
P. Urbano 2011
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
P. Urbano 2011
Esotossine – aspetti molecolari
Le esotossine classiche sono grosse molecole
proteiche, o complessi multimerici
In genere, una parte [B, da binding] della
tossina serve per riconoscere il recettore
specifico cui legarsi
Una parte distinta [A, da active] penetra nella
cellula, e vi svolge un’attività di tipo enzimatico,
intossicandola
P. Urbano 2011
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
P. Urbano 2011
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
P. Urbano 2011
P. Urbano 2011
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. P. Urbano 2011
P. Urbano 2011
Meccanismo di azione
della tossina colerica
http://www.jyi.org/articleimages/610/originals/img1.jpg
P. Urbano 2011
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
P. Urbano 2011
P. Urbano 2011
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
P. Urbano 2011
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]
P. Urbano 2011
Meccanismo tetano e botulismo
P. Urbano 2011
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
P. Urbano 2011
Meccanismo tossina botulinica
P. Urbano 2011
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]
P. Urbano 2011
Meccanismo tetano
P. Urbano 2011
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
P. Urbano 2011
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. P. Urbano 2011
Shiga Toxin
Cohen 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.
P. Urbano 2011
Shiga Toxin
Scott, 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.
P. Urbano 2011
Citotossina del Clostridium
difficile
P. Urbano 2011
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]
P. Urbano 2011
P. Urbano 2011
‘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
P. Urbano 2011
‘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
P. Urbano 2011
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
P. Urbano 2011
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/P
IIS1473-3099(02)00222-0/fulltext#article_upsell
The Lancet Infectious Diseases, Volume 2,
Issue 3, Pages 156 - 162, March 2002
P. Urbano 2011
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
P. Urbano 2011
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]
P. Urbano 2011
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
P. Urbano 2011
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.
P. Urbano 2011