Role of the Shiga toxin in the Hemolytic Uremic Syndrome

En los últimos años, las infecciones por Escherichia coli productor de toxina Shiga (STEC) y el desarrollo del Síndrome Urémico Hemolítico (SUH) han cobrado tal relevancia desde el punto de vista clínico y como problema de salud pública, que se considera uno de los patógenos emergentes más importantes de infecciones transmitidas por alimentos. Las infecciones por STEC pueden manifestarse dentro de un amplio espectro clínico, tales como infecciones asintomáticas intestinales, diarrea acuosa, diarrea sanguinolenta (colitis hemorrágica) y complicaciones sistémicas conocidas con el nombre de SUH. En Argentina, el SUH es la principal causa pediátrica de insuficiencia renal aguda y la segunda de insuficiencia renal crónica. Hasta el presente no existe un tratamiento específico para tratar las infecciones por STEC y disminuir la progresión del SUH. Los mecanismos por los cuales la toxina Shiga (Stx) induce SUH pueden ayudar a encontrar nuevas estrategias para impedir o mejorar el pronóstico del SUH. En este artículo se describen recientes progresos que contribuyen a entender el papel de Stx en la patogénesis del SUH y nuevas estrategias usadas para prevenir el pasaje de la toxina a la circulación sistémica durante la fase diarreica o luego del establecimiento del SUH.In the last years, infection associated with Shiga toxin-producing Escherichia coli (STEC) and subsequent Hemolitic-Uremic Syndrome (HUS) became relevant as a public health since it was considered as one of the most important emergent patogen present in the food contaminated by cattle feces. STEC infection may be asymptomatic or begins with a watery diarrhea that may or may not progress to bloody diarrhea (hemorrhagic colitis) and HUS. In Argentina, HUS is the most common pediatric cause of acute renal insufficiency and the second cause of chronic renal failure. Up to now, STEC infection lacks of known effective treatment strategies that diminish risk of progression to HUS. The mechanisms by which Shiga toxin (Stx) induce HUS may help to find strategies to prevent or ameliorate HUS. In this article, recent progress that has contributed to understanding the disease pathogenesis of STEC is reviewed. New strategies to prevent further uptake of Shiga from the gut, either during the diarrheal phase or once HUS has developed are discussed.Fil: Pistone Creydt, Virginia. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Departamento de Ciencias Fisiológicas. Laboratorio de Fisiopatogenia; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Nuñez, Pablo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Departamento de Ciencias Fisiológicas. Laboratorio de Fisiopatogenia; ArgentinaFil: Boccoli, Javier. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Departamento de Ciencias Fisiológicas. Laboratorio de Fisiopatogenia; ArgentinaFil: Silberstein, Claudia Marcela. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Departamento de Ciencias Fisiológicas. Laboratorio de Fisiopatogenia; ArgentinaFil: Zotta, Elsa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Departamento de Ciencias Fisiológicas. Laboratorio de Fisiopatogenia; ArgentinaFil: Goldstein, Jorge. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Departamento de Ciencias Fisiológicas. Laboratorio de Fisiopatogenia; ArgentinaFil: Ibarra, Cristina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Departamento de Ciencias Fisiológicas. Laboratorio de Fisiopatogenia; Argentin

Intracerebroventricular administration of Shiga toxin type 2 induces striatal neuronal death and glial alterations: an ultraestructural study

Shiga toxin (Stx) from enterohemorrhagic Escherichia coli (STEC) is the main cause of hemorrhagic colitis which may derive to hemolytic–uremic syndrome (HUS). HUS is characterized by acute renal failure, thrombocytopenia and microangiopathic hemolytic anemia. Mortality in the acute stage has been lower than 5% of total affected argentine children with endemic HUS. Common signs of severe CNS involvement leading to death included seizures, alteration of consciousness, hemiparesis, visual disturbances, and brainstem symptoms. The main purpose of the present work was to study the direct involvement of Stx2 in brain cells by intracerebroventricular (i.c.v.) administration of Stx2. Immunodetection of Stx2 was confirmed by immunoelectron cytochemistry in different subsets and compartments of affected caudate putamen cells of corpus striatum. Transmission electron microscopy (TEM) studies revealed apoptotic neurons, glial ultrastructural alterations and demyelinated fibers. The i.c.v. microinfusion was applied for the first time in rats to demonstrate the direct action of Stx2 in neurons and glial cells. The toxin may affect brain neuroglial cells without the involvement of proinflammatory or systemic neurotoxic elements.Fil: Goldstein Raij, Jorge. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Departamento de Ciencias Fisiológicas. Laboratorio de Fisiopatogenia; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Loidl, Cesar Fabian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia "Prof. Eduardo de Robertis". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Biología Celular y Neurociencia; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Pistone Creydt, Virginia. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Departamento de Ciencias Fisiológicas. Laboratorio de Fisiopatogenia; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Boccoli, Javier. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Departamento de Ciencias Fisiológicas. Laboratorio de Fisiopatogenia; ArgentinaFil: Ibarra, Cristina Adriana. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Departamento de Ciencias Fisiológicas. Laboratorio de Fisiopatogenia; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Intracerebroventricular administration of Shiga toxin type 2 altered the expression levels of neuronal nitric oxide synthase and glial fibrillary acidic protein in rat brains

Shiga toxin (Stx) from enterohemorrhagic Escherichia coli (STEC) is the main cause of hemorrhagic colitis which may derive into Hemolytic Uremic Syndrome (HUS) and acute encephalopathy, one of the major risk factors for infant death caused by the toxin. We have previously demonstrated that intracerebroventricular administration of Stx2 causes neuronal death and glial cell damage in rat brains. In the present work, we observed that the intracerebroventricular administration of Stx2 increased the expression of glial fibrillary acidic protein (GFAP) leading to astrogliosis. Confocal microscopy showed reactive astrocytes in contact with Stx2-containing neurons. Immunocolocalization of increased GFAP and Stx2 in astrocytes was also observed. This insult in the brain was correlated with changes in the expression and activity of neuronal nitric oxide synthase (nNOS) by using the NADPH-diaphorase histochemical technique (NADPH-d HT). A significant decrease in NOS/NADPH-d-positive neurons and NOS/NADPH-d activity was observed in cerebral cortex and striatum, whereas an opposite effect was found in the hypothalamic paraventricular nucleus. We concluded that the i.c.v. administration of Stx2 promotes a typical pattern of brain injury showing reactive astrocytes and an alteration in the number and activity of nNOS/NADPH-d. According to the functional state of nNOS/NADPH-d and to brain cell morphology data, it could be inferred that the i.c.v. administration of Stx2 leads to either a neurodegenerative or a neuroprotective mechanism in the affected brain areas. The present animal model resembles the encephalopathy developed in Hemolytic Uremic Syndrome (HUS) patients by STEC intoxication.Fil: Boccoli, Javier. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina; ArgentinaFil: Loidl, Cesar Fabian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia "Prof. Eduardo de Robertis". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Biología Celular y Neurociencia; ArgentinaFil: López, Juan José. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia "Prof. Eduardo de Robertis". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Biología Celular y Neurociencia; ArgentinaFil: Pistone Creydt, Virginia. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Ibarra, Cristina Adriana. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Goldstein Raij, Jorge. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Intracerebroventricular Shiga toxin 2 increases the expression of its receptor globotriaosylceramide and causes dendritic abnormalities

Neurological damage caused by intoxication with Shiga toxin (Stx) from enterohemorrhagic Escherichia coli is the most unrepairable and untreatable outcome of Hemolytic Uremic Syndrome, and occurs in 30% of affected infants. In this work intracerebroventricular administration of Stx2 in rat brains significantly increased the expression of its receptor globotriaosylceramide (Gb3) in neuronal populations from striatum, hippocampus and cortex. Stx2 was immunodetected in neurons that expressed Gb3 after intracerebroventricular administration of the toxin. Confocal immunofluorescence of microtubule-associated protein 2 showed aberrant dendrites in neurons expressing increased Gb3. The pro-apoptotic Bax protein was concomitantly immunodetected in neurons and other cell populations from the same described areas including the hypothalamus. Confocal immunofluorescence showed that Gb3 colocalized also with glial fibrillary acidic protein only in reactive astrocytic processes, and not in vehicle-treated normal ones. Rats showed weight variation and motor deficits as compared to controls. We thus suggest that Stx2 induces the expression of Gb3 in neurons and triggers neuronal dysfunctions.Fil: Tironi Farinati, Alicia Carla Flavia. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Departamento de Ciencias Fisiológicas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Loidl, Cesar Fabian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia "Prof. Eduardo de Robertis". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Biología Celular y Neurociencia "Prof. Eduardo de Robertis; ArgentinaFil: Boccoli, Javier. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Departamento de Ciencias Fisiológicas; ArgentinaFil: Parma, Yanil Renee. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Patobiología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Fernandez Miyakawa, Mariano Enrique. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Patobiología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Goldstein Raij, Jorge. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Departamento de Ciencias Fisiológicas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin