Characterization of TagB and TagC, new chromosomally encoded autotransporters and their roles in the pathogenesis of Extraintestinal pathogenic Escherichia co/i (ExPEC)

Pokharel, Parvil (2020). Characterization of TagB and TagC, new chromosomally encoded autotransporters and their roles in the pathogenesis of Extraintestinal pathogenic Escherichia co/i (ExPEC) Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en biologie, 194 p.

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Résumé

Serine protease autotransporters of Enterobacteriaceae (SPATE) are associated with various extraintestinal pathogenic Escherichia coti (ExPEC) including avian pathogenic E. coti (APEC). We have identified three new genes encoding SPATE proteins in APEC strain QT598, two located adjacent to each other on a genomic island and another on the plasmid (QT598 has 5 SPATE genes in total), and we refer to them as "tandem autotransporter genes, tagB, and tagC and serine-protease hemagglutinin autotransporter, sha". The remaining SPATEs, Vat and Tsh are previously characterized. lnterestingly, these new autotransporter genes are present in some APEC and in some hum an uropathogenic E. coti (UPEC). The possible function and raies of these new SPA TES especially TagB and Tage in the pathogenesis of ExPEC were investigated in my thesis.

Clones expressing TagB and TagC proteins were tested for various phenotypes including adherence to human renal, bladder cell lines and chicken fibroblast, biofilm formation, autoaggregation, cytotoxicity and hemagglutination, which represent possible mechanisms of colonization of the hast. Results showed that these SPATEs are autoaggregating, hemagglutinating and can promote adherence to the HEK 293 renal and 5637 bladder human cell lines, chicken fibroblast, but did not contribute significantly to biofilm production. TagB and TagC exhibited cytopathic effects on the bladder epithelial cell line. Further, TagB and TagC induced cytoskeletal damage to bladder epithelial cells characterized by disruption of actin stress fibers. The serine protease motif was essential for oligopeptide cleavage and cytopathic effects, as cytotoxicity was abolished when the active serine was replaced by alanine. However, this residue was not required for secre!ion of the SPATEs into the external milieu or for autoagg~egation. TagB and Tage proteins were internalized by bladder epithelial cells but the serine mutant variant ofthese proteins were left outside the cell. Following transurethral infection of CBA/J mice with a tagBC mutant, no significant difference in colonization was observed. However, the competitive fitness of a mutant lacking ail 5 SPATE genes was significantly lower in the kidney as well as when infected in the yolk sac of Zebrafish. This underlines the potential cumulative role of SPATEs for survival and competitive fitness during extra-intestinal infection.

Les autotransporteurs protéases de sérines des Enterobacteriaceae (SPATEs, Serine Protease Autotransporters of Enterobacteriaceae) sont associés à différentes souches pathogènes d'Escherichia coti extra-intestinaux (ExPEC), y compris les E. coti pathogènes aviaires (APEC). Nous avons identifié trois nouveaux gènes codant pour des protéines SPA TE dans une souche APEC QT598, deux sont adjacents, situés sur un îlot génomique dans une souche APEC et un autre situé sur un plasmide (QT598 possède 5 gènes SPATE au total), et nous les appelons "tandem autotransporter genes, tagB, and - tagC and serine protease hemagglutinin autotransporter, sha". Vat et Tsh sont préalablement caractérisés. En effet, ces nouveaux gènes autotransporteurs sont présents chez certaines souches APEC et également dans certaines souches d'E. coti uropathogènes (UPEC). La fonction et les rôles possibles de ces nouveaux SPATES en particulier TagB et Tage dans la pathogenèse d'une souche ExPEC ont été étudiés dans ma thèse.

Les clones exprimant ces protéines TagB et TagC ont été testés pour différents phénotypes, y compris l'adhésion au rein humain, aux lignées cellulaires de la vessie et aux fibroblastes de poulet, la formation de biofilm, l'autoagrégation, la cytotoxicité et l'hémagglutination, qui représentent des mécanismes possibles de colonisation de l'hôte. Les résultats ont montré que ces SPATEs sont autoagrégants, hémagglutinants et peuvent favoriser l'adhérence aux lignées cellulaires humaines rénales HEK 293 et de la vessie 5637, les fibroblastes de poulet, mais n'ont pas contribué de manière significative à la production de biofilm. TagB et Tage ont présenté des effets cytopathiques sur la lignée cellulaire épithéliale de la vessie.

De plus, TagB et Tage ont induit des dommages aux cytosquelettes des cellules épithéliales de la vessie caractérisés par une perturbation des fibres de stress d'actine. Le motif de la sérine protéase éta it essentiel pour le clivage des oligopeptides et les effets cytopathogènes, car la cytotoxicité a été abolie lorsque la sérine actiye a été substituée par l'alanine. Cependant, ce résidu n'était pas requis pour la sécrétion des SPATEs dans le milieu extracellulaire ou pour l'autoagrégation. Les protéines TagB et Tage ont été internalisées aux cellules épithéliales de la vessie, mais le mutant sérine de ces protéines n'a pas pu s'internaliser aux cellules. Suite à une infection transurétra.le des souris CBA/J avec un mutant tagBC, aucune différence significative de, colonisation de 1J vessie et des reins n'a été observée. cependant, l'aptitÙde compétitive. d'un mutant des 5 SPA TE gènes était significativement moins capable de coloniser les reins de souris et le sac vitellin du poisson-zèbre. Cela souligne le rôle cumulatif potentiel des SPATEs pour la survie et la compétitivité pendant les infections extra-intestinales.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Dozois, Charles
Mots-clés libres:	Escherichia coti; SPATEs; Toxins; Adhesins; Poultry; Urinary tract infection; Cytotoxicity; Actin; Mucinase; Pathogenesis; Toxines; Adhésines; Volaille; Infection des voies urinaires; Cytotoxicité; Actine; Mucinase; Pathogenèse
Centre:	Centre INRS-Institut Armand Frappier
Date de dépôt:	06 nov. 2024 15:52
Dernière modification:	06 nov. 2024 15:52
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/15911

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