Published August 8, 2017
| Version v1
Publication
Open
Burkholderia pseudomallei Evades Nramp1 (Slc11a1)- and NADPH Oxidase-Mediated Killing in Macrophages and Exhibits Nramp1-Dependent Virulence Gene Expression
Creators
- 1. Siriraj Hospital
- 2. Mahidol University
- 3. Mahidol Oxford Tropical Medicine Research Unit
- 4. Roslin Institute
- 5. University of Edinburgh
- 6. Telethon Kids Institute
- 7. University of Western Australia
- 8. University of Cambridge
Description
Bacterial survival in macrophages can be affected by the natural resistance-associated macrophage protein 1 (Nramp1; also known as solute carrier family 11 member a1 or Slc11a1) which localizes to phagosome membranes and transports divalent cations, including iron. Little is known about the role of Nramp1 in Burkholderia infection, in particular whether this differs for pathogenic species like Burkholderia pseudomallei causing melioidosis or non-pathogenic species like Burkholderia thailandensis. Here we show that transfected macrophages stably expressing wild-type Nramp1 (Nramp1+) control the net replication of B. thailandensis, but not B. pseudomallei. Control of B. thailandensis was associated with increased cytokine responses, and could be abrogated by blocking NADPH oxidase-mediated production of reactive oxygen species but not by blocking generation of reactive nitrogen species. The inability of Nramp1+ macrophages to control B. pseudomallei was associated with rapid escape of bacteria from phagosomes, as indicated by decreased co-localization with LAMP1 compared to B. thailandensis. A B. pseudomallei bipB mutant impaired in escape from phagosomes was controlled to a greater extent than the parent strain in Nramp1+ macrophages, but was also attenuated in Nramp1- cells. Consistent with reduced escape from phagosomes, B. thailandensis formed fewer multinucleated giant cells in Nramp1+ macrophages at later time points compared to B. pseudomallei. B. pseudomallei exhibited elevated transcription of virulence-associated genes of Type VI Secretion System cluster 1 (T6SS-1), the Bsa Type III Secretion System (T3SS-3) and the bimA gene required for actin-based motility in Nramp1+ macrophages. Nramp1+ macrophages were found to contain decreased iron levels that may impact on expression of such genes. Our data show that B. pseudomallei is able to evade Nramp1- and NADPH oxidase-mediated killing in macrophages and that expression of virulence-associated genes by pathogenic B pseudomallei is enhanced in macrophages expressing wild-type compared to non-functional Nramp1. B. thailandensis has been proposed as surrogate for B. pseudomallei in the study of melioidosis however our study highlights important differences in the interaction of these bacteria with macrophages.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يمكن أن يتأثر البقاء البكتيري في البلاعم بالبروتين البلعمي المرتبط بالمقاومة الطبيعية 1 (Nramp1 ؛ المعروف أيضًا باسم العائلة الحاملة المذابة 11 العضو a1 أو Slc11a1) الذي يتوضع في أغشية البلعوم وينقل الكاتيونات ثنائية التكافؤ، بما في ذلك الحديد. لا يُعرف سوى القليل عن دور Nramp1 في عدوى البوركهولدريا، ولا سيما ما إذا كان هذا يختلف عن الأنواع المسببة للأمراض مثل البوركهولدريا الزائفة التي تسبب الميلويد أو الأنواع غير المسببة للأمراض مثل البوركهولدريا التايلاندية. هنا نظهر أن الضامة المحولة التي تعبر بثبات عن النوع البري Nramp1 (Nramp1 +) تتحكم في التكاثر الصافي لـ B. thailandensis، ولكن ليس B. pseudomallei. ارتبط التحكم في B. thailandensis بزيادة استجابات السيتوكين، ويمكن إلغاؤه عن طريق منع الإنتاج بوساطة NADPH oxidase لأنواع الأكسجين التفاعلية ولكن ليس عن طريق منع توليد أنواع النيتروجين التفاعلية. ارتبط عدم قدرة البلاعمNramp1 + على التحكم في B. pseudomallei بالهروب السريع للبكتيريا من البلعوم، كما يتضح من انخفاض التوطين المشترك مع LAMP1 مقارنة بـ B. thailandensis. تم التحكم في طفرة B. pseudomallei bipB الضعيفة في الهروب من البلعوم إلى حد أكبر من السلالة الأم في البلاعم Nramp1+، ولكن تم تخفيفها أيضًا في خلايا Nramp1 -. تماشيًا مع انخفاض الهروب من البلعوم، شكلت B. thailandensis عددًا أقل من الخلايا العملاقة متعددة النوى فيNramp1 + الضامة في نقاط زمنية لاحقة مقارنةً بـ B. pseudomallei. أظهر B. pseudomallei نسخًا مرتفعًا للجينات المرتبطة بالفوعة من المجموعة 1 من نظام إفراز النوع السادس (T6SS -1)، ونظام إفراز النوع الثالث من BSA (T3SS -3) وجين bimA المطلوب للحركة القائمة على الأكتين في الخلايا البلعمية Nramp1 +. تم العثور على Nramp1 + الضامة لاحتواء انخفاض مستويات الحديد التي قد تؤثر على التعبير عن هذه الجينات. تظهر بياناتنا أن B. pseudomallei قادر على التهرب من القتل بوساطة Nramp1 - و NADPH oxidase في البلاعم وأن التعبير عن الجينات المرتبطة بالفوعة بواسطة B pseudomallei الممرض يتحسن في البلاعم التي تعبر عن النوع البري مقارنة بـ Nramp1 غير الوظيفي. تم اقتراح B. thailandensis كبديل لـ B. pseudomallei في دراسة داء الميلويد، لكن دراستنا تسلط الضوء على الاختلافات المهمة في تفاعل هذه البكتيريا مع البلاعم.Translated Description (French)
La survie bactérienne dans les macrophages peut être affectée par la protéine 1 des macrophages associée à la résistance naturelle (Nramp1 ; également connue sous le nom de famille de porteurs de soluté 11, membre a1 ou Slc11a1) qui se localise sur les membranes des phagosomes et transporte des cations divalents, y compris le fer. On sait peu de choses sur le rôle de Nramp1 dans l'infection à Burkholderia, en particulier si cela diffère pour les espèces pathogènes comme Burkholderia pseudomallei causant la mélioïdose ou les espèces non pathogènes comme Burkholderia thailandensis. Ici, nous montrons que les macrophages transfectés exprimant de manière stable Nramp1 de type sauvage (Nramp1+) contrôlent la réplication nette de B. thailandensis, mais pas de B. pseudomallei. Le contrôle de B. thailandensis était associé à une augmentation des réponses des cytokines et pouvait être abrogé en bloquant la production d'espèces réactives de l'oxygène par la NADPH oxydase, mais pas en bloquant la génération d'espèces réactives de l'azote. L'incapacité des macrophages Nramp1+ à contrôler B. pseudomallei a été associée à une fuite rapide des bactéries des phagosomes, comme l'indique la diminution de la colocalisation avec LAMP1 par rapport à B. thailandensis. Un mutant bipB de B. pseudomallei altéré dans l'échappement des phagosomes a été contrôlé dans une plus grande mesure que la souche parentale dans les macrophages Nramp1+, mais a également été atténué dans les cellules Nramp1-. Conformément à la réduction de l'échappement des phagosomes, B. thailandensis a formé moins de cellules géantes multinucléées dans les macrophages Nramp1+ à des moments ultérieurs par rapport à B. pseudomallei. B. pseudomallei présentait une transcription élevée des gènes associés à la virulence du groupe 1 du système de sécrétion de type VI (T6SS-1), du système de sécrétion de type III Bsa (T3SS-3) et du gène bimA requis pour la motilité à base d'actine dans les macrophages Nramp1+. Les macrophages Nramp1+ contiennent des niveaux de fer réduits qui peuvent avoir un impact sur l'expression de ces gènes. Nos données montrent que B. pseudomallei est capable d'échapper à la destruction par la Nramp1 et la NADPH oxydase dans les macrophages et que l'expression des gènes associés à la virulence par B pseudomallei pathogène est améliorée dans les macrophages exprimant le type sauvage par rapport à Nramp1 non fonctionnel. B. thailandensis a été proposé comme substitut de B. pseudomallei dans l'étude de la mélioïdose, mais notre étude met en évidence des différences importantes dans l'interaction de ces bactéries avec les macrophages.Translated Description (Spanish)
La supervivencia bacteriana en los macrófagos puede verse afectada por la proteína 1 de macrófagos asociada a la resistencia natural (Nramp1; también conocida como miembro a1 o Slc11a1 de la familia de portadores de soluto 11) que se localiza en las membranas de los fagosomas y transporta cationes divalentes, incluido el hierro. Poco se sabe sobre el papel de Nramp1 en la infección por Burkholderia, en particular si esto difiere para especies patógenas como Burkholderia pseudomallei que causan melioidosis o especies no patógenas como Burkholderia thailandensis. Aquí mostramos que los macrófagos transfectados que expresan de forma estable Nramp1 de tipo salvaje (Nramp1+) controlan la replicación neta de B. thailandensis, pero no de B. pseudomallei. El control de B. thailandensis se asoció con un aumento de las respuestas de citocinas y se pudo anular mediante el bloqueo de la producción mediada por NADPH oxidasa de especies reactivas de oxígeno, pero no mediante el bloqueo de la generación de especies reactivas de nitrógeno. La incapacidad de los macrófagos Nramp1+ para controlar B. pseudomallei se asoció con un rápido escape de las bacterias de los fagosomas, como lo indica la disminución de la colocalización con LAMP1 en comparación con B. thailandensis. Un mutante bipB de B. pseudomallei alterado en el escape de los fagosomas se controló en mayor medida que la cepa original en los macrófagos Nramp1+, pero también se atenuó en las células Nramp1-. De acuerdo con el escape reducido de los fagosomas, B. thailandensis formó menos células gigantes multinucleadas en los macrófagos Nramp1+ en puntos de tiempo posteriores en comparación con B. pseudomallei. B. pseudomallei exhibió una transcripción elevada de genes asociados a la virulencia del grupo 1 del Sistema de Secreción de Tipo VI (T6SS-1), el Sistema de Secreción de Tipo III Bsa (T3SS-3) y el gen bimA requerido para la motilidad basada en actina en macrófagos Nramp1+. Se descubrió que los macrófagos Nramp1+ contienen niveles reducidos de hierro que pueden afectar la expresión de dichos genes. Nuestros datos muestran que B. pseudomallei es capaz de evadir la destrucción mediada por Nramp1 y NADPH oxidasa en macrófagos y que la expresión de genes asociados a la virulencia por B pseudomallei patógeno se potencia en macrófagos que expresan Nramp1 de tipo salvaje en comparación con Nramp1 no funcional. B. thailandensis se ha propuesto como sustituto de B. pseudomallei en el estudio de la melioidosis, sin embargo, nuestro estudio destaca diferencias importantes en la interacción de estas bacterias con los macrófagos.Files
pdf.pdf
Files
(2.3 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:23d9cc6ffdb58800eae88d32f2327844
|
2.3 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- Burkholderia pseudomallei يتجنب Nramp1 (Slc11a1)- و NADPH Oxidase - Mediated Killing in Macrophages و Exhibits Nramp1 - Depependent Virulence Gene Expression
- Translated title (French)
- Burkholderia pseudomallei Evades Nramp1 (Slc11a1)- and NADPH Oxidase-Mediated Killing in Macrophages and Exhibits Nramp1-Dependent Virulence Gene Expression
- Translated title (Spanish)
- Burkholderia pseudomallei evade la destrucción mediada por la oxidasa Nramp1 (Slc11a1) y NADPH en macrófagos y exhibe expresión génica de virulencia dependiente de Nramp1
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2743357282
- DOI
- 10.3389/fcimb.2017.00350
References
- https://openalex.org/W1512683046
- https://openalex.org/W1568956298
- https://openalex.org/W1887520422
- https://openalex.org/W1946587221
- https://openalex.org/W1948803169
- https://openalex.org/W1952983243
- https://openalex.org/W1970289402
- https://openalex.org/W1972191527
- https://openalex.org/W1978948801
- https://openalex.org/W1985542681
- https://openalex.org/W1994035821
- https://openalex.org/W1998417732
- https://openalex.org/W2009217909
- https://openalex.org/W2009986171
- https://openalex.org/W2013761623
- https://openalex.org/W2017914783
- https://openalex.org/W2043155515
- https://openalex.org/W2044369639
- https://openalex.org/W2084119606
- https://openalex.org/W2096618434
- https://openalex.org/W2099291451
- https://openalex.org/W2100146102
- https://openalex.org/W2106816433
- https://openalex.org/W2107596308
- https://openalex.org/W2111051291
- https://openalex.org/W2111248422
- https://openalex.org/W2112899484
- https://openalex.org/W2114228882
- https://openalex.org/W2123672726
- https://openalex.org/W2125512767
- https://openalex.org/W2127858144
- https://openalex.org/W2129432699
- https://openalex.org/W2129443010
- https://openalex.org/W2131167151
- https://openalex.org/W2133234929
- https://openalex.org/W2135064046
- https://openalex.org/W2138557240
- https://openalex.org/W2142666962
- https://openalex.org/W2143398547
- https://openalex.org/W2154778321
- https://openalex.org/W2158400665
- https://openalex.org/W2159789201
- https://openalex.org/W2165731733