Metabolismo intermedio e patogenicità microbica: studio della regolazione e dell’espressione differenziale del gene gdhA, codificante la L-glutammato deidrogenasi NADP-specifica, in isolati clinici di Neisseria meningitidis
Neisseria meningitidis (meningococco) è un batterio a ristretto spettro d’ospite e presenta “stili di vita” alternativi: commensale-patogeno, intracellulare-extracellulare. Un fattore cruciale per tale comportamento risiede nella capacità di sintetizzare ed utilizzare nutrienti essenziali per la propria sopravvivenza nei diversi microambienti dell’ospite durante un naturale ciclo infettivo.
Dati di letteratura indicano che gdhA, codificante la L-glutammato deidrogenasi NADP-specifica (NADP-GDH) è tra i 73 geni di N. meningitidis necessari per lo stabilirsi della batteriemia nel modello animale del ratto neonato.
Nelle Enterobacteriaceae, gdhA è sotto il controllo di diversi circuiti di regolazione; tra questi, quello meglio caratterizzato è controllato dal regolatore Nac (Nitrogen assimilation control), che reprime la trascrizione del gene gdhA in mezzi poveri di ammonio. A sua volta Nac è sotto il controllo del sistema di regolazione globale Ntr, un sistema a due componenti che utilizza il comune fattore –54 per il trasporto della RNA polimerasi. Nel genere Neisseria, non esistono evidenze sperimentali sulla regolazione di tali sistemi. L’assenza di un fattore -54 in questo genere suggerisce l’esistenza di circuiti alternativi al sistema Ntr ben caratterizzato nelle Enterobacteriaceae.
E’ stata, quindi, condotta un’analisi del trascrittoma del meningococco, che ha evidenziato l’espressione differenziale di gdhA in isolati clinici provenienti da malati (ceppi invasivi) e da individui sani (ceppi commensali). In particolare, i ceppi appartenenti alle linee ipervirulente ET-5 (sierogruppo B) e IV-1 (sierogruppo A) presentano elevati livelli di mRNA gdhA-specifico. In tali ceppi gdhA è trascritto a partire da due promotori, gdhA P1 e gdhA P2. In contrasto, nei ceppi che esibiscono bassi livelli di mRNA gdhA-specifico, gdhA P2 è inattivo per effetto dei bassi livelli di espressione di gdhR, un gene regolatore associato a gdhA nella mappa genetica, codificante un membro della famiglia GntR di regolatori batterici helix-turn-helix.
Esperimenti di inattivazione genica hanno confermato che GdhR regola positivamente l’attività di gdhA P2; la transattivazione di gdhA P2 da parte di GdhR è massima durante la tarda fase logaritmica nel terreno complesso GC. I mutanti gdhR-difettivi perdono sia la regolazione di gdhA dipendente dalla fase di crescita, che dalla fonte di carbonio (energia); esibiscono, infatti, un difetto di crescita più evidente in un terreno chimicamente definito (MCDA) quando il glucosio è utilizzato come fonte di carbonio invece del lattato in presenza di glutammato. Studi di interazione DNA-proteina hanno dimostrato che il 2-oxoglutarato, un prodotto della reazione catabolica della NADP-GDH, ed un intermedio del ciclo degli acidi tricarbossilici (TCA), inibisce il legame di GdhR al promotore gdhA P2.
Nel complesso tali dati indicano che la funzione principale della NADP-GDH sia quella di supportare l’attività del ciclo TCA rifornendolo di 2-oxoglutarato, quando il glutammato è disponibile nell’ambiente. Tale attività enzimatica promuove, pertanto, una stimolazione del metabolismo intermedio, particolarmente quando il glucosio prevale sul lattato come fonte di carboinio. Ciò si traduce in un vantaggio selettivo per i ceppi esprimenti alti livelli di mRNA per gdhA che risultano favoriti nella crescita in alcuni siti anatomici rilevanti per il ciclo infettivo del meningococco, quali il sangue ed il liquido cerebrospinale
