Functional characterization of the CXC chemokine-degrading cell envelope protease of Streptococcus pyogenes

Kaur, Simran Jeet

Streptococcus pyogenes ist ein humanpathogener Krankheitserreger und Verursacher schwerer invasiver Infektionen. Diesen liegt ein wichtiger bakterieller Pathogenitäsmechanismus zugrunde: die Fähigkeit, Neutrophilinfiltration in bakteriell infizierten Zonen zu verhindern. Dies ist vorrangig auf die proteolytische Aktivität der S. pyogenes Serinprotease ScpC (streptococcal chemokine protease C) zurückzuführen. ScpC spaltet das Chemokin IL-8, ein wichtiges neutrophilrekrutierendes Botenmolekül, welches durch die proteolytische Spaltung inaktiviert wird. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass ScpC eine essenzielle Rolle beim Invasionsprozess von Serotyp M3 Streptokokken in humane Endothelzellen (HUVEC) spielt. Rekombinante ScpC (rScpC) konnte in voller Länge und in biologisch aktiver Form aus Escherichia coli Extrakten gereinigt werden. In vitro vermittelte rScpC die effiziente Aufnahme von Latexpartikeln in HUVEC. Als terminale intrazelluläre Kompartimente wurden Lysosomen identifiziert, was auf eine Aufnahme von ScpC mittels des klassischen endozytischen Weges deutet. Durch Generierung unterschiedlicher rScpC Subfragmente konnte die N-terminalen PR Domäne (katalytische Domäne) als invasionsvermittelnde Domäne identifiziert werden. Im Gegensatz dazu war neben der PR Domäne auch die flankierende A Domäne für die IL-8 degradierende Aktivität notwendig. Mit Hilfe von rScpC-spezifischen Antikörpern konnte die ScpC vermittelte Endothelzellinvasion, jedoch nicht die IL-8 Degradation blockiert werden. Des weiteren konnte in dieser Arbeit erstmals demo striert werden, dass ScpC ein LPXTG Motif-tragendes Oberflächenprotein ist, welches nach seiner vollständigen Sekretion in die Umgebung an die Bakterienoberfläche rückassoziiert werden kann. Diese Studie trägt durch die Identifizierung neuer Funktionen von ScpC und Eingrenzung der funktionellen Domänen zum erweiterten Verständnis der molekularen Mechanismen dieser genetisch hoch konservierten Serinprotease im Infektionsgeschehen bei.

Streptococcus pyogenes is a highly specific human pathogen which has been associated with clinical manifestation of invasive diseases. One pathogenic mechanism underlying the outcome of invasive streptococcal disease is the ability to impair neutrophil infiltration into the site of infection. This is due to the proteolytic activity of a S. pyogenes serine protease, streptococcal chemokine protease C (ScpC). ScpC cleaves the major neutrophil attracting chemokine IL-8 and thus renders it functionally inactive to cause transendothelial migration of neutrophils. In this study, biologically active full-length ScpC was expressed in and purified from Escherichia coli, and it was demonstrated that ScpC is a cell surface protein which may play an essential role in the invasion process of M3 serotype S. pyogenes into human endothelial cells. Recombinant ScpC (rScpC)-coated latex beads were efficiently internalized into HUVEC in vitro and ultimately fused with lysosomes, indicating that ScpC triggers uptake via the classical endocytic pathway. By utilizing rScpC subfragments, it could be shown that the N-terminal PR-domain, a putative catalytic domain, per se can mediate the internalization of latex beads into HUVEC. In contrast to this, a larger ScpC fragment encompassing both the catalytic domain and the flanking A-domain, was required for the IL-8 degrading activity. Furthermore, ScpC-specific antibodies could efficiently block the interaction of ScpC coated beads with HUVEC, while having no effect on the IL-8 degrading activity. Additionally, this study shows for the first time that ScpC is a LPXTG motif-anchored surface protein with the ability to reassociate to the bacterial cell surface after its secretion into the extracellular environment. This study identified novel functions of ScpC, dissected the functional domains, and may thus help to understand the role of this genetically conserved large surface protein in pathogenesis of S. pyogenes infections.

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Kaur, Simran Jeet: Functional characterization of the CXC chemokine-degrading cell envelope protease of Streptococcus pyogenes. 2009.

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