Hoppa direkt till innehållet
printicon
Huvudmenyn dold.

Teresa Frisan Lab

Forskargrupp Vi forskar om bakteriella genotoxiners roll vid modulering av homeostas i slemhinnan.

Teresa Frisan Lab har sedan lång tid tillbaka varit intresserat av att förstå effekterna på eukaryota celler och rollen på akuta och kroniska bakterieinfektioner av en relativ ny familj av bakteriella toxiner, definierade som genotoxiner, eftersom de inducerar DNA-skador i värdcellerna.

För närvarande har endast tre bakteriella genotoxiner identifierats:

  • Kolibaktin som produceras av Escherichia coli (inklusive kommensala och probiotiska stammar), Klebsiella pneumoniae, Enterobacter aerogenes och Citrobacter koseri;
  • Cytolethaldistending toxin (CDT) familj produceras av flera Gram-negativa patogener.
  • Tyfoidtoxinet som framställs av salmonella enterica serovar Typhi och andra nontyphoidal Salmonella (NTS) serotyper.

Labbets ursprungliga fokus var att förstå verkningssättet för den första upptäckta medlemmen i denna familj: CDT, som fortfarande inte var karakteriserat. Gruppen har visat att exponering för höga doser av toxin aktiverar det klassiska DNA-skadesvaret (DDR), orkestrerat av DDR-sensorn kinas Ataxia Telengiectasia Muterad (ATM) kinas som leder till aktivering av kontrollpunktsvar som blockerar cellproliferation och aktiverar DNA-reparationsmekanismer. Om DNA-skadan inte går att reparera genomgår de flesta av de däggdjurscelltyper som testas begynnande ålderdom, medan T- och B-lymfocyter är mer mottagliga för att dö av apoptos. Omvänt har exponering för låga doser av toxin visat sig främja klassiska tecken på cancerframkallande ämnen, såsom cellöverlevnad och förvärv av genomisk instabilitet.

Det finns flera förbryllande frågor som fortfarande måste tas upp inom ramen för detta område, till exempel: Varför har bakterier förvärvat dessa ovanliga effektorer som riktar sig mot däggdjurs-DNA, och som till skillnad från andra väl karakteriserade bakteriella toxiner, inte orsakar en omedelbar celldöd i de flesta värdcellerna, men främjar begynnande ålderdom, kännetecknad av en aktiv sekretorisk fenotyp? Varför producerar intestinala kommensala bakterier och probiotika också dessa effektorer? Fyller genotoxinernas en annorlunda roll när de produceras av patogena bakterier? Kan dessa toxiner utöva cancerframkallande effekter vid kroniska infektioner, och om ja under vilka förhållanden?

För att svara på dessa frågor har vi utvecklat en in vivo-modell för att bedöma rollen för det tyfoidtoxin som produceras av S. Typhi. Gruppen har valt denna bakterie eftersom det är den enda genotoxinproducerande bakterien som kan fastställa kroniska infektioner och är förknippad med ökad risk för tumörutveckling hos människor. Detta innebär dock en utmaning eftersom S. Typhi är en exklusiv mänsklig patogen. Därför har forskarna konstruerat flera S.Typhimurium-stammar som  antingen uttrycker en funktionell (figur 1) eller icke-funktionell tyfoid toxin och som orsakar en systemisk tyfoid-liknande infektion hos immunkompetenta möss.

BILD

Figur 1. Påvisande av DNA-skadliga CdtB-underenheten (röd) av tyfoidtoxinet genom immunofluorescensanalys i humana intestinala epitelial Caco-2 celler infekterade i 24h med en GFP-märkt S. Typhimurium stam MC1-TT (grön). Atomkärnor motfärgas med DAPI (blå).

Oväntat orsakar infektion med S. enterica som uttrycker tyfoidtoxinet inte akut celldöd men spelar en nyckelroll i omprogrammering av värdens immunsvar mot en antiinflammatorisk status (figur 2) och gynnar upprättandet av en ihållande infektion. Denna effekt på värdens immunsvar är vävnadsspecifik, eftersom den observeras i tjocktarmen, men inte i lever och mjälte. Resultaten pekar på att denna ovanliga bakteriell effektor inte är ett klassiskt toxin, men fungerar som immunmodulator, vilket belyser en komplex och vävnadsspecifik överhörning mellan två mycket bevarade stressreaktioner: immunsvaret och DNA-skadesvaret (DDR).

BILD

Figur 2. Haematoxylin och eosinfärgning av tarmarna hos icke-infekterade möss eller möss som infekterats i 10 dagar med kontrollstammar (MC1-ΔcdtB) eller genotoxigena MC1-stammar (MC1-TT). De streckade rutorna anger det område som förstoras på den nedre panelen. Observera den framträdande inflammatoriska reaktionen som induceras av kontrollstammen, som saknas hos möss infekterade med bakterien som uttrycker tyfoidtoxinet.

Nästa steg är att förstå hur aktivering av DDR modulerar värdens immunsvar, och om slutresultatet är annorlunda hos friska försökspersoner och hos individer som är mottagliga för kronisk inflammation eller cancer. För att behandla denna fråga använder vi en kombination av in vivo- och 3D-mänskliga organotypiska modeller (figur 3).

BILD

Figur 3. Organotypiska 3D-modeller. A. Faskontrastmikrograf av kolonepitelceller, odlade i 3D-kultur och färgade med hematoxylin och eosin. B. Kolonepitelceller infekterade med kontroll (MC1-ΔcdtB) eller genotoxigenisk MC1 (MC1-TT)-stammar i 24 timmar.  Aktivering av DDR bedömdes genom immunofluorescensanalys, genom att använda antikroppar som är specifika för 53BP1 (grön). Atomkärnor motfärgades med DAPI (blå). Pilarna indikerar cellpositiv för bildandet av 53BP1-härdar på platsen för det skadade DNA:t. De vita asteriskerna indikerar närvaron av fibroblaster i tjocktarmen inbäddade i kollagenmatrisen.

Forskningsledare

Teresa Frisan
Professor
E-post
E-post
Telefon
090-785 08 16

Översikt

Medverkande institutioner och enheter vid Umeå universitet

Institutionen för molekylärbiologi

Forskningsområde

Cancer, Molekylär medicin, Molekylärbiologi och genetik