Molecular function of the cytotoxic necrotizing factor CNFY and its impact on the virulence of Yersinia pseudotuberculosis

Schweer, Janina Nikola Georgia

Einige Y. pseudotuberculosis Isolate produzieren das Toxin CNFY, welches konstitutiv kleine Rho-GTPasen aktiviert. Über die Funktion von CNFY, in Bezug auf die Wirt-Pathogen-Interaktion während der Infektion, war bis jetzt nichts bekannt. Die Daten dieser Studie zeigen, dass cnfY Gen aus Y. pseudotuberculosis Temperatur-, Wachstumsphasen- und Nährstoff-abhängig reguliert wird und in allen lymphatischen Geweben von oral-infizierten Mäusen stark exprimiert ist. Zudem wird CNFY sekretiert und führt zu einer Reorganisierung des Aktin-Zytoskeletts und zu der Bildung von vergrößerten multinukleären Epithelzellen und Makrophagen. Des Weiteren führt die Deletion von cnfY zu einem avirulenten Phänotyp von Y. pseudotuberculosis. Die cnfY Mutante erreicht die tieferliegenden Gewebe MLN, Milz und Leber, kann diese jedoch nicht erfolgreich kolonisieren, da die Bakterien schnell eliminiert werden. Während der Infektion stimuliert CNFY eine akute Entzündungsreaktion und führt zu der Bildung von nekrotischen Bereichen in den lymphatischen Geweben. Die CNFY-induzierte Immunreaktion bewirkt eine dramatische Verringerung von professionellen Phagozyten und NK Zellen, vor allem in der Milz. Der Verlust von CNFY hingegen induziert eine starke Infiltration dieser Immunzellen. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass CNFY die Yop Translokation in eukaryotische Zellen in vitro und während des Infektionsverlaufes deutlich verstärkt. Dies erhöht die Fähigkeit der Bakterien das Wirtsimmunsystem abzuwehren. Außerdem scheint CNFY eine zusätzliche Rolle während der langfristigen/chronischen Infektion zu spielen, da das Toxin ohne messbare Bakterienzahlen die Immunzellmengen in der Milz verringert, unabhängig von der Yop Maschinerie. Zusammenfassend zeigen die Daten, dass CNFY die Virulenz von Y. pseudotuberculosis YPIII entscheidend beeinflusst. Das Toxin ist maßgeblich für die erfolgreiche Infektion und das Ausmaß der entstehenden Erkrankung, da es die Entzündungsreaktion reguliert.

Some Y. pseudotuberculosis isolates produce the toxin CNFY, which constitutively activates small Rho-GTPases. However, the role of CNFY in host-pathogen interaction during infection was unknown. Data of this study demonstrate that the cnfY gene of Y. pseudotuberculosis is temperature-, growth-phase-, and nutrient-dependently regulated and highly expressed in all lymphatic tissues of orally infected mice. Additionally, CNFY is secreted and induces rearrangements of the actin cytoskeleton and the formation of giant, multinucleated epithelial cells and macrophages. Moreover, the deletion of cnfY leads to an avirulent phenotype of Y. pseudotuberculosis. The cnfY mutant strain reaches the underlying tissues MLNs, spleen, and liver, but is not able to colonize these tissues efficiently as the bacteria are eliminated rapidly. Presence of CNFY stimulates an acute inflammatory response and induces the formation of necrotic areas in the lymphatic tissues. The secretion of CNFY resulted in a strong reduction of professional phagocytes and NK cells, especially in the spleen, whereas the loss of CNFY caused a strong influx of these cells. Further, CNFY was shown to enhance Yop delivery into eukaryotic cells in vitro and during the course of infection. This resulted in an increased ability of the bacteria to defend themselves against the host immune system. Moreover, CNFY seems to play an additional role during late stages of the infection, as the toxin is sufficient to reduce immune cell contents in the spleen independent of the Yop machinery even when the number of residing bacteria is very low. In summary, data suggest that CNFY is crucial for the virulence of Y. pseudotuberculosis YPIII. This toxin is essential for the establishment of a successful infection and determines the severity of the associated disease by modulating the inflammatory response.

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Schweer, Janina Nikola Georgia: Molecular function of the cytotoxic necrotizing factor CNFY and its impact on the virulence of Yersinia pseudotuberculosis. 2014.

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