Published August 17, 2023
| Version v1
Publication
<i>In Vitro</i> Roles of <i>Burkholderia</i> Intracellular Motility A (BimA) in Infection of Human Neuroblastoma Cell Line
Creators
- 1. Mahidol University
- 2. Mahidol Oxford Tropical Medicine Research Unit
- 3. Siriraj Hospital
- 4. Chulabhorn Hospital
Description
The bacterial pathogen Burkholderia pseudomallei causes human melioidosis, which can infect the brain, leading to encephalitis and brain abscesses. Infection of the nervous system is a rare condition but is associated with an increased risk of mortality. Burkholderia intracellular motility A (BimA) was reported to play an important role in the invasion and infection of the central nervous system in a mouse model. Thus, to gain insight of the cellular mechanisms underlying the pathogenesis of neurological melioidosis, we explored the human neuronal proteomics to identify the host factors that are up- and downregulated during Burkholderia infection. When infected the SH-SY5Y cells with B. pseudomallei K96243 wild-type (WT), 194 host proteins showed a fold change of >2 compared with uninfected cells. Moreover, 123 proteins showed a fold change of >2 when infected with a knockout bimA mutant (ΔbimA) mutant compared with WT. The differentially expressed proteins were mainly associated with metabolic pathways and pathways linked to human diseases. Importantly, we observed the downregulation of proteins in the apoptosis and cytotoxicity pathway, and in vitro investigation with the ΔbimA mutant revealed the association of BimA with the induction of these pathways. Additionally, we disclosed that BimA was not required for invasion into the neuron cell line but was necessary for effective intracellular replication and multinucleated giant cell (MNGC) formation. These findings show the extraordinary capacity of B. pseudomallei in subverting and interfering with host cellular systems to establish infection and extend our understanding of B. pseudomallei BimA involvement in the pathogenesis of neurological melioidosis. IMPORTANCE Neurological melioidosis, caused by Burkholderia pseudomallei, can result in severe neurological damage and enhance the mortality rate of melioidosis patients. We investigate the involvement of the virulent factor BimA, which mediates actin-based motility, in the intracellular infection of neuroblastoma SH-SY5Y cells. Using proteomics-based analysis, we provide a list of host factors exploited by B. pseudomallei. The expression level of selected downregulated proteins in neuron cells infected with the ΔbimA mutant was determined by quantitative reverse transcription-PCR and was consistent with our proteomic data. The role of BimA in the apoptosis and cytotoxicity of SH-SY5Y cells infected by B. pseudomallei was uncovered in this study. Additionally, our research demonstrates that BimA is required for successful intracellular survival and cell fusion upon infection of neuron cells. Our findings have significant implications for understanding the pathogenesis of B. pseudomallei infections and developing novel therapeutic strategies to combat this deadly disease.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
مسببات الأمراض البكتيرية Burkholderia pseudomallei تسبب داء الميلويد البشري، والذي يمكن أن يصيب الدماغ، مما يؤدي إلى التهاب الدماغ وخراجات الدماغ. تعد عدوى الجهاز العصبي حالة نادرة ولكنها ترتبط بزيادة خطر الوفاة. تم الإبلاغ عن أن البوركهولدريا الحركية داخل الخلايا A (BimA) تلعب دورًا مهمًا في غزو وعدوى الجهاز العصبي المركزي في نموذج الفأر. وبالتالي، لاكتساب نظرة ثاقبة على الآليات الخلوية الكامنة وراء التسبب في داء الميلويد العصبي، استكشفنا البروتينات العصبية البشرية لتحديد العوامل المضيفة التي يتم تنظيمها لأعلى ولأسفل أثناء عدوى بوركهولديريا. عند إصابة الخلايا SH - SY5Y بـ B. pseudomallei K96243 wild - type (WT)، أظهر 194 بروتينًا مضيفًا تغيرًا طفيفًا >2 مقارنة بالخلايا غير المصابة. علاوة على ذلك، أظهر 123 بروتينًا تغيرًا طفيفًا يزيد عن 2 عند الإصابة بطفرة bimA (ΔbimA) مقارنة بالوزن. ارتبطت البروتينات المعبر عنها بشكل متباين بشكل أساسي بالمسارات الأيضية والمسارات المرتبطة بالأمراض البشرية. الأهم من ذلك، لاحظنا انخفاض تنظيم البروتينات في مسار الاستماتة والسمية الخلوية، وكشف التحقيق المختبري مع طفرة ΔbimA عن ارتباط BimA بتحريض هذه المسارات. بالإضافة إلى ذلك، كشفنا أن BimA لم يكن مطلوبًا للغزو في خط الخلايا العصبية ولكنه كان ضروريًا للتكاثر الفعال داخل الخلايا وتشكيل الخلايا العملاقة متعددة النوى (MNGC). تُظهر هذه النتائج القدرة الاستثنائية لـ B. pseudomallei في تخريب الأنظمة الخلوية المضيفة والتدخل فيها لإثبات العدوى وتوسيع فهمنا لمشاركة B. pseudomallei BimA في التسبب في داء الميلويد العصبي. أهمية يمكن أن يؤدي الداء الميلويدي العصبي، الناجم عن Burkholderia pseudomallei، إلى تلف عصبي شديد وتعزيز معدل وفيات مرضى الداء الميلويدي. نقوم بالتحقيق في تورط العامل الخبيث BimA، الذي يتوسط الحركة القائمة على الأكتين، في العدوى داخل الخلايا لخلايا الورم الأرومي العصبي SH - SY5Y. باستخدام التحليل القائم على البروتينات، نقدم قائمة بالعوامل المضيفة التي يستغلها B. pseudomallei. تم تحديد مستوى التعبير عن البروتينات المنتقاة غير المنظمة في خلايا الخلايا العصبية المصابة بطفرة ΔbimA عن طريق النسخ العكسي الكمي - PCR وكان متسقًا مع بياناتنا البروتينية. تم الكشف عن دور BIMA في موت الخلايا المبرمج والسمية الخلوية لخلايا SH - SY5Y المصابة بـ B. pseudomallei في هذه الدراسة. بالإضافة إلى ذلك، يوضح بحثنا أن BimA مطلوب للبقاء الناجح داخل الخلايا ودمج الخلايا عند إصابة الخلايا العصبية. النتائج التي توصلنا إليها لها آثار كبيرة على فهم التسبب في عدوى B. pseudomallei وتطوير استراتيجيات علاجية جديدة لمكافحة هذا المرض المميت.Translated Description (French)
L'agent pathogène bactérien Burkholderia pseudomallei provoque une mélioïdose humaine, qui peut infecter le cerveau, entraînant une encéphalite et des abcès cérébraux. L'infection du système nerveux est une maladie rare, mais elle est associée à un risque accru de mortalité. Il a été rapporté que la motilité intracellulaire A de Burkholderia (BimA) jouait un rôle important dans l'invasion et l'infection du système nerveux central dans un modèle murin. Ainsi, pour mieux comprendre les mécanismes cellulaires sous-jacents à la pathogenèse de la mélioïdose neurologique, nous avons exploré la protéomique neuronale humaine pour identifier les facteurs hôtes régulés à la hausse et à la baisse lors de l'infection par Burkholderia. Lors de l'infection des cellules SH-SY5Y par B. pseudomallei K96243 sauvage (WT), 194 protéines hôtes ont montré un changement de pli >2 par rapport aux cellules non infectées. De plus, 123 protéines ont montré un changement de pli >2 lorsqu'elles étaient infectées par un mutant knock-out bimA mutant (ΔbimA) par rapport à WT. Les protéines exprimées de manière différentielle étaient principalement associées aux voies métaboliques et aux voies liées aux maladies humaines. Fait important, nous avons observé la régulation négative des protéines dans la voie de l'apoptose et de la cytotoxicité, et l'investigation in vitro avec le mutant ΔbimA a révélé l'association de BimA avec l'induction de ces voies. De plus, nous avons révélé que BimA n'était pas nécessaire à l'invasion de la lignée cellulaire neuronale, mais était nécessaire à la réplication intracellulaire efficace et à la formation de cellules géantes multinucléées (MNGC). Ces résultats montrent l'extraordinaire capacité de B. pseudomallei à subvertir et interférer avec les systèmes cellulaires hôtes pour établir l'infection et étendre notre compréhension de l'implication de B. pseudomallei BimA dans la pathogenèse de la mélioïdose neurologique. IMPORTANCE La mélioïdose neurologique, causée par Burkholderia pseudomallei, peut entraîner de graves lésions neurologiques et augmenter le taux de mortalité des patients atteints de mélioïdose. Nous étudions l'implication du facteur virulent BimA, médiateur de la motilité à base d'actine, dans l'infection intracellulaire des cellules SH-SY5Y du neuroblastome. À l'aide d'une analyse basée sur la protéomique, nous fournissons une liste des facteurs hôtes exploités par B. pseudomallei. Le niveau d'expression de protéines sélectionnées régulées à la baisse dans les cellules neuronales infectées par le mutant ΔbimA a été déterminé par transcription inverse quantitative-PCR et était cohérent avec nos données protéomiques. Le rôle de BimA dans l'apoptose et la cytotoxicité des cellules SH-SY5Y infectées par B. pseudomallei a été mis en évidence dans cette étude. De plus, nos recherches démontrent que le BimA est nécessaire à la survie intracellulaire et à la fusion cellulaire lors de l'infection des cellules neuronales. Nos résultats ont des implications significatives pour la compréhension de la pathogenèse des infections à B. pseudomallei et le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques pour lutter contre cette maladie mortelle.Translated Description (Spanish)
El patógeno bacteriano Burkholderia pseudomallei causa melioidosis humana, que puede infectar el cerebro, provocando encefalitis y abscesos cerebrales. La infección del sistema nervioso es una enfermedad rara, pero se asocia con un mayor riesgo de mortalidad. Se informó que la motilidad intracelular A de Burkholderia (BimA) desempeña un papel importante en la invasión e infección del sistema nervioso central en un modelo de ratón. Por lo tanto, para obtener información sobre los mecanismos celulares subyacentes a la patogénesis de la melioidosis neurológica, exploramos la proteómica neuronal humana para identificar los factores del huésped que están regulados al alza y a la baja durante la infección por Burkholderia. Cuando se infectaron las células SH-SY5Y con B. pseudomallei K96243 de tipo salvaje (WT), 194 proteínas huésped mostraron un cambio de >2 veces en comparación con las células no infectadas. Además, 123 proteínas mostraron un cambio de >2 veces cuando se infectaron con un mutante bimA knockout (ΔbimA) en comparación con WT. Las proteínas expresadas diferencialmente se asociaron principalmente con vías metabólicas y vías vinculadas a enfermedades humanas. Es importante destacar que observamos la regulación negativa de proteínas en la vía de apoptosis y citotoxicidad, y la investigación in vitro con el mutante ΔbimA reveló la asociación de BimA con la inducción de estas vías. Además, revelamos que no se requería BimA para la invasión en la línea celular neuronal, pero era necesaria para la replicación intracelular efectiva y la formación de células gigantes multinucleadas (MNGC). Estos hallazgos muestran la extraordinaria capacidad de B. pseudomallei para subvertir e interferir con los sistemas celulares del huésped para establecer la infección y ampliar nuestra comprensión de la participación de B. pseudomallei BimA en la patogénesis de la melioidosis neurológica. IMPORTANCIA LA melioidosis neurológica, causada por Burkholderia pseudomallei, puede provocar daños neurológicos graves y aumentar la tasa de mortalidad de los pacientes con melioidosis. Investigamos la implicación del factor virulento BimA, que media la motilidad basada en actina, en la infección intracelular de las células SH-SY5Y del neuroblastoma. Utilizando un análisis basado en la proteómica, proporcionamos una lista de factores del huésped explotados por B. pseudomallei. El nivel de expresión de proteínas reguladas negativamente seleccionadas en células neuronales infectadas con el mutante ΔbimA se determinó mediante PCR de transcripción inversa cuantitativa y fue consistente con nuestros datos proteómicos. El papel de BimA en la apoptosis y citotoxicidad de las células SH-SY5Y infectadas por B. pseudomallei se descubrió en este estudio. Además, nuestra investigación demuestra que se requiere BimA para la supervivencia intracelular exitosa y la fusión celular tras la infección de las células neuronales. Nuestros hallazgos tienen implicaciones significativas para comprender la patogénesis de las infecciones por B. pseudomallei y desarrollar nuevas estrategias terapéuticas para combatir esta enfermedad mortal.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الأدوار <i>المختبرية</i> لحركة البوركهولدريا <i>داخل</i> الخلايا أ (BIMA) في عدوى خط خلايا الورم الأرومي العصبي البشري
- Translated title (French)
- Rôles <i>in vitro</i> de la motilité intracellulaire <i>Burkholderia</i> A (BimA) dans l'infection de la lignée cellulaire du neuroblastome humain
- Translated title (Spanish)
- Roles <i>in vitro</i> de la motilidad intracelular A (BimA) de <i>Burkholderia</i> en la infección de la línea celular de neuroblastoma humano
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4383302968
- DOI
- 10.1128/spectrum.01320-23
References
- https://openalex.org/W1512683046
- https://openalex.org/W1513688899
- https://openalex.org/W1959211472
- https://openalex.org/W1967508470
- https://openalex.org/W1972191527
- https://openalex.org/W1994117161
- https://openalex.org/W1995507415
- https://openalex.org/W1997751500
- https://openalex.org/W1998365135
- https://openalex.org/W1998523743
- https://openalex.org/W2008338708
- https://openalex.org/W2041365391
- https://openalex.org/W2060001563
- https://openalex.org/W2092673939
- https://openalex.org/W2098694771
- https://openalex.org/W2103029102
- https://openalex.org/W2106816433
- https://openalex.org/W2107233780
- https://openalex.org/W2107966948
- https://openalex.org/W2112570744
- https://openalex.org/W2115995671
- https://openalex.org/W2121214230
- https://openalex.org/W2128361517
- https://openalex.org/W2136018777
- https://openalex.org/W2140772054
- https://openalex.org/W2155431291
- https://openalex.org/W2161509164
- https://openalex.org/W2165731733
- https://openalex.org/W2401296772
- https://openalex.org/W2407415576
- https://openalex.org/W2413295697
- https://openalex.org/W2425830537
- https://openalex.org/W2469299099
- https://openalex.org/W2551140529
- https://openalex.org/W2612013960
- https://openalex.org/W2767902521
- https://openalex.org/W2790978238
- https://openalex.org/W2803506207
- https://openalex.org/W2892561950
- https://openalex.org/W2941303686
- https://openalex.org/W2956021214
- https://openalex.org/W2997022986
- https://openalex.org/W3001329897
- https://openalex.org/W3035839102
- https://openalex.org/W3094452577
- https://openalex.org/W3096828292
- https://openalex.org/W3160622842
- https://openalex.org/W4210379191
- https://openalex.org/W4210660422
- https://openalex.org/W4211093779
- https://openalex.org/W4211166774
- https://openalex.org/W4221073171
- https://openalex.org/W4242142362
- https://openalex.org/W4247441116
- https://openalex.org/W4282026120
- https://openalex.org/W4282923633
- https://openalex.org/W4286005114
- https://openalex.org/W4286245991
- https://openalex.org/W4303613779
- https://openalex.org/W4307093009