Structure and activity of OK-GC: a kidney receptor guanylate cyclase activated by guanylin peptides

Uroguanylin, guanylin, and lymphoguanylin are small peptides that activate renal and intestinal receptor guanylate cyclases (GC). They are structurally similar to bacterial heat-stable enterotoxins (ST) that cause secretory diarrhea. Uroguanylin, guanylin, and ST elicit natriuresis, kaliuresis, and diuresis by direct actions on kidney GC receptors. A 3,762-bp cDNA characterizing a uroguanylin/guanylin/ST receptor was isolated from opossum kidney (OK) cell RNA/cDNA. This kidney cDNA (OK-GC) encodes a mature protein containing 1,049 residues sharing 72.4-75.8% identity with rat, human, and porcine forms of intestinal GC-C receptors. COS or HEK-293 cells expressing OK-GC receptor protein were activated by uroguanylin, guanylin, or ST13 peptides. The 3.8-kb OK-GC mRNA transcript is most abundant in the kidney cortex and intestinal mucosa, with lower mRNA levels observed in urinary bladder, adrenal gland, and myocardium and with no detectable transcripts in skin or stomach mucosa. We propose that OK-GC receptor GC participates in a renal mechanism of action for uroguanylin and/or guanylin in the physiological regulation of urinary sodium, potassium, and water excretion. This renal tubular receptor GC may be a target for circulating uroguanylin in an endocrine link between the intestine and kidney and/or participate in an intrarenal paracrine mechanism for regulation of kidney function via the intracellular second messenger, cGMP.

Análise do perfil de genes relacionados ao SST5 e SST6, formação de biofilme e invasão em cepas de Escherichia coli enteroagregativa

A Escherichia coli enteroagregativa (EAEC) é um patotipo emergente e heterogêneo que causa a diarréia aguda ou persistente em indivíduos de diferentes faixas etárias e em pacientes imunocomprometidos. Além disso, EAEC é um dos principais agentes etiológicos da diarréia dos viajantes. O padrão de aderência agregativa de EAEC está associado ao plasmídeo de aderência agregativa (pAA). Genes presentes no plasmídeo e no cromossomo codificam proteínas envolvidas na secreção extracelular de fatores de virulência na superfície ou diretamente na célula hospedeira. A capacidade de produção de muco e biofilme, elaboração de toxinas, aderência e indução de inflamação intensa na mucosa intestinal são importantes características da patogenicidade de EAEC. Nesse estudo, determinamos o perfil genotípico de genes do sistema de secreção Tipo V (SST5) e sistema de secreção Tipo VI (SST6) em cepas de EAEC. Os genes do SST5 ocorreram com mais frequência que os genes do SST6. A presença de pelo menos um gene do SST5 foi detectada em 79% das cepas, enquanto que os genes relacionados ao SST6 foram detectados em apenas 42% das cepas analisadas. A produção de biofilme foi observada em teste quantitativo e verificamos que 67% das cepas produziram biofilme. No teste qualitativo, o tipo de biofilme que predomina é o biofilme moderado (11 cepas), seguido do biofilme forte (9 cepas) e do biofilme discreto (4 cepas). A presença ou ausência de genes do SST5 e SST6 não parece interferir com a capacidade de produção de biofilme, nem com o tipo de biofilme formado. Em ensaios de citotoxicidade, apenas 25% das cepas EAEC (sobrenadante) causaram redução significativa na viabilidade de células T84 avaliada pelo teste de redução com MTT. Nossos resultados mostram que as cepas EAEC isoladas de crianças com diarréia aguda ou de grupo controle são invasoras para células T84. Ao compararmos a capacidade invasora das cepas clinicas e controle, observamos que a média do índice de internalização obtido nas 15 cepas do grupo clinico foi de 5,7% 1,7 e para as 9 cepas do grupo controle foi de 2.4 % 0,7; entretanto essa diferença observada não foi estatisticamente significativa. Não foi possível correlacionar o perfil genotípico dos genes do SST5 e SST6 com o perfil fenotípico analisado (formação de biofilme, citotoxicidade e invasão).O que pode ser atribuído a heterogeneidade genotípica e fenotípica, uma característica relevante de cepas EAEC.

Efeito da suplementação dietética com L-glutamina na sepse abdominal induzida em rato

Após o estímulo deflagrador de um trauma ou infecção, a liberação de citocinas na circulação sanguínea desempenha um importante papel efetor e também modulador da resposta imune sistêmica. Essas citocinas podem ser pró-inflamatórias, que estimulam a liberação de diversos tipos celulares e de outras citocinas, como fator de necrose tumoral-alfa (TNF-α), interleucina 1 (IL-1), IL-2, IL-6, IL-8, IL-12 e interferon-gama (INF-); ou citocinas com efeitos antiinflamatórios, que inibem o processo inflamatório, em parte pela redução da produção de diversas citocinas que regulam positivamente a resposta, minimizando o comprometimento orgânico resultante, como IL-4, IL-10, IL-13. A L-glutamina é o aminoácido mais abundante no organismo, com importante papel no metabolismo protéico. Sua ação trófica sobre a mucosa do intestino delgado é bastante conhecida, o que o torna componente essencial para a manutenção estrutural e funcional do intestino. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da suplementação dietética com L-glutamina na modulação da resposta inflamatória em animais submetidos a sepse abdominal induzida por ligadura e perfuração cecal. Foram utilizados 24 ratos Wistar machos adultos, com peso inicial entre 200 e 230 g, distribuídos em três grupos, cada um com oito animais, da seguinte forma: grupo I (controle) submetidos a operação simulada (laparotomia e manipulação de alças intestinais); grupo II submetidos a laparotomia, com indução de sepse abdominal; e grupo III receberam suplementação dietética com L-glutamina por sete dias e, após, foram submetidos a indução de sepse abdominal. Foram coletadas amostras sanguíneas de todos os animais antes (tempo 0) e duas e quatro horas (tempos 1 e 2) após a indução da sepse abdominal. Foram verificados o número de leucócitos, a dosagem da concentração plasmática de citocinas pró- e antiinflamatórias (INF-γ, IL-6 e IL-10) e análise microbiológica de líquido peritoneal. A glicemia apresentou aumento significativo em todos os grupos, comparando-os ao início e ao final do experimento (p<0,05). No que concerne à IL-10, observou-se aumento significativo nos animais do grupo III entre os tempos 0 e 2, e entre os tempos 1 e 2 (p=0,0331 e p=0,0155, respectivamente). Não se observou qualquer outra diferença ao serem analisadas as demais citocinas (IFN- e IL-6), em todos os grupos e em todos os momentos analisados. Nossos achados sugerem que a suplementação dietética com L-glutamina em animais submetidos à indução de sepse abdominal com modelo CLP parece potencializar a resposta antiinflamatória, aumentando a concentração plasmática de IL-10, enquanto as concentrações de INF-γ e IL-6 não apresentaram variação significativa.

Efeito da L-Arginina e Glicina na parede do cólon irradiado Estudo experimental em ratos

A radioterapia é amplamente utilizada no tratamento de tumores pélvicos, incluindo os de bexiga, intestino e reto. Ela apresenta efeitos danosos, notadamente em tecidos que apresentam intensa renovação celular, sendo a mucosa intestinal altamente susceptível. Nesse contexto, a suplementação dietética com aminoácidos tem se mostrado uma terapia promissora para minimizar este dano. O objetivo desse estudo foi determinar o efeito da suplementação dietética com os aminoácidos L-arginina e glicina na estrutura da parede do cólon de ratos submetidos a irradiação abdominal. Quarenta ratos Wistar machos adultos foram distribuídos aleatoriamente em quatro grupos, cada um com dez animais: I controle não irradiado e sem suplementação de aminoácidos; II controle irradiado e sem suplementação de aminoácidos; III irradiado e suplementado com L-arginina; IV irradiado e suplementado com glicina. O período de suplementação dietética foi de 14 dias, com a irradiação ocorrendo no 8. dia do experimento. A análise estereológica mostrou que a irradiação provocou diminuição do volume total da parede colônica dos animais dos grupos II e III em relação aos animais saudáveis, mas não dos ratos que receberam suplementação de glicina. A camada mucosa dos animais irradiados de todos os grupos diminuiu quando comparada com os ratos saudáveis não irradiados. Os animais irradiados que não receberam suplementação de aminoácido apresentaram diminuição da camada muscular da mucosa, quando comparados com os grupos I e IV, e o grupo de ratos suplementados com glicina apresentou aumento significativo da camada submucosa em relação aos grupos I e II. Os animais do grupo III mostraram diminuição da camada muscular própria em comparação aos grupos I e IV. A suplementação com L-arginina foi eficaz na manutenção do volume parcial do epitélio da camada mucosa. Nossos resultados sugerem que a suplementação de glicina apresentou efeitos superiores ao da suplementação com L-arginina na estrutura da parede colônica, haja vista que foi capaz de manter a espessura da parede e a superfície epitelial da mucosa, enquanto a Larginina foi capaz de manter o volume parcial do epitélio e a superfície epitelial, mas não o volume total da parede intestinal.

Avaliação da interação de Escherichia coli enterohemorrágica (EHEC) pertencente ao sorotipo O157: H7 isoladas de bovinos assintomáticos e de doença humana com células enterocíticas humanas (linhagem Caco-2)

Reconhecida como agente de doença humana em 1982, E.coli enterohemorrágica (EHEC) pode causar diarréia sanguinolenta, colite hemorrágica e síndrome hemolítica urêmica (SHU). EHEC constitui um subgrupo especialmente virulento das E.coli produtoras de toxina de Shiga (Stx). O fator crítico da sua virulência é a toxina Shiga, capaz de interromper a síntese proteica da célula eucariótica. São conhecidos dois subgrupos de Stx, Stx1 e Stx2. Stx1 possui duas variantes Stx1c e Stx1d. Stx2 possui muitas variantes. Estudos epidemiológicos sugerem que cepas com os perfis toxigênicos Stx2 ou Stx2/Stx2c seriam mais frequentemente associadas a pacientes com SHU. Além da expressão de Stx, EHEC do sorotipo O157:H7 colonizam a mucosa intestinal induzindo a formação de lesões denominadas attaching/effacing (A/E). Para a produção da lesão A/E, é necessária a presença de uma ilha de patogenicidade cromossômica denominada LEE, composta por cinco operons, LEE 1 a LEE5. Em LEE 5 são codificadas a adesina intimina e o seu receptor Tir, o qual é translocado por um sistema de secreção tipo III (SSTT) e em LEE 4 são codificadas as proteínas secretadas EspA,B e D. Em EHEC O157:H7 são descritos muitos fatores de virulência, codificados em ilhas de patogenicidade, no cromossomo e no megaplasmídio pO157. Bovinos são o principal reservatório deste patógeno e alimentos de origem bovina e produtos contaminados com fezes de bovinos são causadores de surtos epidêmicos. Em nosso país EHEC O157:H7 é isolada do reservatório animal mas é muito rara a sua ocorrência em doença humana. Notamos que nas cepas bovinas predomina Stx2c, enquanto nas cepas humanas predomina o perfil toxigenico Stx2/Stx2c. Quanto a interação com enterocitos humanos cultivados in vitro (linhagem Caco-2), verificamos que tanto cepas bovinas quanto humanas mostram idêntica capacidade de invadir e persistir no compartimento intracelular das células Caco-2. No entanto, em comparação com as cepas humanas, as cepas bovinas mostram uma reduzida capacidade de produzir lesões A/E. Empregamos qPCR para aferir a transcrição de três diferentes locus (eae, espA e tir) situados nos operons LEE4 e LEE5 de cepas bovinas e humanas, durante a infecção de células Caco-2. Verificamos diferenças na expressão dos genes, especialmente espA, entre cepas bovinas e humanas com maior expressão para estas ultimas, em linha com os achados dos testes FAS. Através de clonagem e expressão de proteínas recombinantes, purificamos as proteínas Eae, EspA e Tir e obtivemos anticorpos específicos, empregados para acompanhar a sua expressão ao longo da infecção de células Caco-2, por imunofluorescencia. Verificamos que as três proteínas são detectadas tanto em cepas bovinas quanto humanas, mas nestas ultimas, a marcação é precoce e torna-se mais intensa com o avanço da infecção. Nossos resultados indicam que cepas EHEC O157:H7 isoladas do reservatório bovino em nosso país apresentam diferenças importantes em relação ao perfil toxigenico e a capacidade de indução de lesões A/E, características apontadas na literatura como relevantes para a virulência do micro-organismo. Por outro lado, nossos achados quanto a capacidade de invadir e multiplicar-se no interior de enterócitos pode explicar a persistência do patógeno no reservatório animal e a sua capacidade de transmissão horizontal.

Capacidade de invasão, persistência intracelular e atividade citotóxica de cepas de Aeromonas spp. em modelo celular in vitro e ex vivo

As Aeromonas são consideradas patógenos em potenciais para o homem e animais e estão amplamente distribuídas no ambiente sendo a água e os alimentos importantes veículos de transmissão. Muitos estudos têm demonstrado que a patologia causada pela infecção por Aeromonas é complexa e envolvem inúmeros fatores de virulência, dentre eles a aderência, invasão, enterotoxinas, hemolisinas, exoenzimas, sideróforos, flagelos, formação de biofilme e mecanismos de secreção. No presente estudo, analisamos os mecanismos de patogênese mediados por A. caviae e A. hydrophila, avaliando a participação desses microrganismos nos processos de adesão, invasão, persistência intracelular e citotoxidade celular. Foram utilizados ensaios quantitativos in vitro para testar associação, invasão e persistência intracelular em linhagens celulares HEp-2 e/ou T84. A interação de tecidos intestinais de coelho cultivados in vitro (IVOC) com três cepas de A. caviae originárias de fezes diarréicas também foi avaliada. Observamos que 10 (62,5%) das 16 cepas de Aeromonas spp. de diferentes origens, submetidas aos testes de invasão quantitativos foram capazes de invadir células HEp-2 e T84 em 6 horas de incubação. As cepas positivas nos testes de invasão foram submetidas ao teste quantitativo de persistência em células HEp-2 e sobreviveram no ambiente intracelular por 48 e/ou 72 horas sem multiplicação. A interação de três cepas de A. caviae com a mucosa intestinal de coelho ex vivo resultou em aderência, produção de muco e alterações como, intensa vacuolização e drástica desorganização estrutural que levaram a destruição das microvilosidades intestinais. Este estudo demonstrou que subconjuntos de cepas de A. caviae e A. hydrophila de diversas origens, foram capazes de invadir, persistir ou destruir linhagens celulares in vitro. Nosso estudo também evidenciou que cepas de A. caviae causaram expressivas alterações morfológicas que resultaram na destruição de epitélios intestinais de coelho ex vivo. Finalmente, nossos resultados contribuíram para reforçar o potencial patogênico de cepas de Aeromonas, em especial, as de origem vegetal e clínica.

Helicobacter pylori modulation of gastric and duodenal mucosal T cell cytokine secretions in children compared with adults.

BACKGROUND: In contrast to adults, ulcers are un-common in Helicobacter pylori-infected children. Since immunological determinants influence the outcome of H. pylori infection, we have investigated mucosal T cell responses in H. pylori-infected children and compared them with those of adults and negative controls. MATERIAL AND METHODS: Mucosal biopsies were obtained from 43 patients undergoing an upper GI endoscopy for dyspeptic symptoms. The concentrations of released cytokines and the density of CD3+, CD25+ and CD69+cells were evaluated by flow cytometry, and the numbers of cytokine-secreting cells were measured by ELISPOT. RESULTS: The numbers of isolated antral CD3+ lymphocytes were only significantly raised in infected adults compared with noninfected controls (p < 0.05), whereas the proportion of CD3+ cells expressing activation markers (CD25 or CD69) remained low. In the stomach, IFN-gamma concentrations increased in infected children and infected adults compared with controls (p < 0.05), but IFN-gamma concentrations were tenfold lower in children than in adults (p < 0.01). IL-2, IL-4, IL-10 and TNF-alpha concentrations were similar in infected and in uninfected children and adults. In contrast, in the duodenum, IFN-gamma, as well as IL-4 and IL-10 concentrations were only increased in infected children compared with controls (p < 0.05). The concentrations of these cytokines were similar in both groups of adults who, however, like children, displayed a higher number of duodenal IL-4-secreting cells compared to controls (p < 0.05). CONCLUSION: These results suggest that IFN-gamma secretion in the stomach of H. pylori-infected patients is lower in children than in adults. This could protect children from development of severe gastro-duodenal diseases such as ulcer disease. In addition, infected patients are characterised by a dysregulation of the mucosal cytokine secretion at distance from the infection site.

Role of mast cells in inflammatory bowel disease and inflammation-associated colorectal neoplasia in IL-10-deficient mice.

BACKGROUND: Inflammatory bowel disease (IBD) is hypothesized to result from stimulation of immune responses against resident intestinal bacteria within a genetically susceptible host. Mast cells may play a critical role in IBD pathogenesis, since they are typically located just beneath the intestinal mucosal barrier and can be activated by bacterial antigens. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: This study investigated effects of mast cells on inflammation and associated neoplasia in IBD-susceptible interleukin (IL)-10-deficient mice with and without mast cells. IL-10-deficient mast cells produced more pro-inflammatory cytokines in vitro both constitutively and when triggered, compared with wild type mast cells. However despite this enhanced in vitro response, mast cell-sufficient Il10(-/-) mice actually had decreased cecal expression of tumor necrosis factor (TNF) and interferon (IFN)-gamma mRNA, suggesting that mast cells regulate inflammation in vivo. Mast cell deficiency predisposed Il10(-/-) mice to the development of spontaneous colitis and resulted in increased intestinal permeability in vivo that preceded the development of colon inflammation. However, mast cell deficiency did not affect the severity of IBD triggered by non-steroidal anti-inflammatory agents (NSAID) exposure or helicobacter infection that also affect intestinal permeability. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: Mast cells thus appear to have a primarily protective role within the colonic microenvironment by enhancing the efficacy of the mucosal barrier. In addition, although mast cells were previously implicated in progression of sporadic colon cancers, mast cells did not affect the incidence or severity of colonic neoplasia in this inflammation-associated model.

Characterization of basal pseudopod-like processes in ileal and colonic PYY cells.

The peptide tyrosine tyrosine (PYY) is produced and secreted from L cells of the gastrointestinal mucosa. To study the anatomy and function of PYY-secreting L cells, we developed a transgenic PYY-green fluorescent protein mouse model. PYY-containing cells exhibited green fluorescence under UV light and were immunoreactive to antibodies against PYY and GLP-1 (glucagon-like peptide-1, an incretin hormone also secreted by L cells). PYY-GFP cells from 15 μm thick sections were imaged using confocal laser scanning microscopy and three-dimensionally (3D) reconstructed. Results revealed unique details of the anatomical differences between ileal and colonic PYY-GFP cells. In ileal villi, the apical portion of PYY cells makes minimal contact with the lumen of the gut. Long pseudopod-like basal processes extend from these cells and form an interface between the mucosal epithelium and the lamina propria. Some basal processes are up to 50 μm in length. Multiple processes can be seen protruding from one cell and these often have a terminus resembling a synapse that appears to interact with neighboring cells. In colonic crypts, PYY-GFP cells adopt a spindle-like shape and weave in between epithelial cells, while maintaining contact with the lumen and lamina propria. In both tissues, cytoplasmic granules containing the hormones PYY and GLP-1 are confined to the base of the cell, often filling the basal process. The anatomical arrangement of these structures suggests a dual function as a dock for receptors to survey absorbed nutrients and as a launching platform for hormone secretion in a paracrine fashion.

Human Non-neutralizing HIV-1 Envelope Monoclonal Antibodies Limit the Number of Founder Viruses during SHIV Mucosal Infection in Rhesus Macaques.

HIV-1 mucosal transmission begins with virus or virus-infected cells moving through mucus across mucosal epithelium to infect CD4+ T cells. Although broadly neutralizing antibodies (bnAbs) are the type of HIV-1 antibodies that are most likely protective, they are not induced with current vaccine candidates. In contrast, antibodies that do not neutralize primary HIV-1 strains in the TZM-bl infection assay are readily induced by current vaccine candidates and have also been implicated as secondary correlates of decreased HIV-1 risk in the RV144 vaccine efficacy trial. Here, we have studied the capacity of anti-Env monoclonal antibodies (mAbs) against either the immunodominant region of gp41 (7B2 IgG1), the first constant region of gp120 (A32 IgG1), or the third variable loop (V3) of gp120 (CH22 IgG1) to modulate in vivo rectal mucosal transmission of a high-dose simian-human immunodeficiency virus (SHIV-BaL) in rhesus macaques. 7B2 IgG1 or A32 IgG1, each containing mutations to enhance Fc function, was administered passively to rhesus macaques but afforded no protection against productive clinical infection while the positive control antibody CH22 IgG1 prevented infection in 4 of 6 animals. Enumeration of transmitted/founder (T/F) viruses revealed that passive infusion of each of the three antibodies significantly reduced the number of T/F genomes. Thus, some antibodies that bind HIV-1 Env but fail to neutralize virus in traditional neutralization assays may limit the number of T/F viruses involved in transmission without leading to enhancement of viral infection. For one of these mAbs, gp41 mAb 7B2, we provide the first co-crystal structure in complex with a common cyclical loop motif demonstrated to be critical for infection by other retroviruses.

What is the significance of muciphages in colorectal biopsies?

Muciphages (mucin-containing macrophages), first described in 1966 by Azzopardi & Evans, are a common feature of biopsies of large intestinal mucosa, even in the absence of other abnormalities such as active inflammation or evidence of chronic inflammatory bowel disease. Should they be mentioned in diagnostic reports? Do muciphages reliably indicate previous mucosal disease, now quiescent? In the following articles, Salto-Tellez & Price review what is known about muciphages and conclude that they reflect previous occult and clinically unimportant mucosal damage and that, in an otherwise normal colorectal mucosa, they have no diagnostic significance; and Shepherd draws attention to a wide range of clinically much more significant mucosal infiltrates that could be mistakenly regarded as muciphages and thus overlooked.

Micro-environmental conditions modulate protein secretion and infectivity of the Trichinella spiralis L1 larva

After digestion of infected meat the free L1 of Trichinella spp. penetrate the intestinal mucosa where they moult to the mature adult stage. We have used proteomics to identify changes in protein secretion during in vitro culture of free T. spiralis muscle larvae under different environmental conditions, and to correlate these changes with their infectivity in mice. Muscle larvae were cultured in different media (RPMI-1640, C-199 and HBSS) under conditions of anaerobiosis, microaerobiosis and in 5% CO(2) at 37 degrees C. Following incubation the larval excretory/secretory proteins were analysed by two-dimensional gel electrophoresis and the larvae were used to orally infect naïve CD1 mice. For all culture media tested, infectivity of the L1 was preserved following incubation in anaerobic conditions. In contrast, the infectivity of worms cultured in nutrient-rich media was almost completely abolished in both microaerobiosis and in the presence of 5% CO(2). Some infectivity was retained in poor or reduced culture media. Comparative analysis of larval infectivity and protein secretion showed that loss of infectivity correlated with the appearance of non-tyvelosylated proteins that in turn may be related to the onset of moulting.

Lymphocytic follicles and aggregates are a determinant of mucosal damage and duration of diarrhea

Nonspecific changes (nonspecific chronic inflammation) in patients with chronic diarrhea represent the commonest diagnosis in colorectal biopsy interpretation, but these changes are of little clinical significance.