Screening Mycobacterium tuberculosis Secreted Proteins Identifies Mpt64 as a Eukaryotic Membrane-Binding Bacterial Effector
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Universidade Federal de Minas Gerais
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A triagem de proteínas secretadas por Mycobacterium tuberculosis identifica Mpt64 como um efetor bacteriano de ligação à membrana eucariótica
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Resumo
Mycobacterium tuberculosis (Mtb), o agente causador da tuberculose, é um dos patógenos humanos de maior sucesso. Uma das razões para esse sucesso é a capacidade da Mtb de residir dentro de macrófagos do hospedeiro, um tipo celular que normalmente fagocita e destrói bactérias infecciosas. No entanto, a Mtb consegue evadir as defesas dos macrófagos para sobreviver por períodos prolongados. Muitos patógenos intracelulares secretam fatores de virulência que têm como alvo membranas e organelas do hospedeiro para remodelar seu nicho ambiental intracelular. Nossa hipótese era de que proteínas secretadas pela Mtb que têm como alvo membranas do hospedeiro são vitais para a adaptação e manipulação do ambiente do hospedeiro, visando sua sobrevivência. Assim, caracterizamos 200 proteínas secretadas pela Mtb quanto à sua capacidade de se associarem a membranas eucarióticas, utilizando uma triagem exclusiva em levedura sensível à temperatura, e de manipularem vias de tráfego intracelular do hospedeiro, utilizando uma triagem de secreção induzível modificada. Identificamos cinco proteínas secretadas pela Mtb que se associaram a membranas eucarióticas e alteraram a via secretora do hospedeiro. Uma dessas proteínas secretadas, a Mpt64, localizou-se no retículo endoplasmático durante a infecção por Mtb em macrófagos murinos e humanos e prejudicou a resposta de proteínas mal dobradas nesses macrófagos. Esses dados destacam a importância das proteínas secretadas na patogênese da Mtb e fornecem uma base para futuras investigações sobre seus mecanismos moleculares.
IMPORTÂNCIA: Avanços foram feitos na identificação de proteínas secretadas por Mycobacterium tuberculosis durante infecções em animais. Esses dados, combinados com triagens de transposons que identificam genes importantes para a virulência de M. tuberculosis , geraram um vasto recurso de potenciais proteínas de virulência de M. tuberculosis . No entanto, a função de muitas dessas proteínas na patogênese de M. tuberculosis permanece obscura. Integramos três triagens de biologia celular para caracterizar quase 200 proteínas secretadas por M. tuberculosis quanto à ligação à membrana eucariótica, localização subcelular no hospedeiro e interações com o tráfego vesicular do hospedeiro. Além disso, observamos a localização de uma proteína secretada, Mpt64, no retículo endoplasmático (RE) durante a infecção de macrófagos por M. tuberculosis . Curiosamente, embora Mpt64 seja exportada pela via Sec, sua entrega às células hospedeiras dependeu da ação do sistema de secreção do tipo VII. Finalmente, observamos que Mpt64 prejudica a resposta de proteínas mal dobradas mediada pelo RE em macrófagos.
Abstract
Mycobacterium tuberculosis (Mtb), the causative agent of tuberculosis, is one of the most successful human pathogens. One reason for its success is that Mtb can reside within host macrophages, a cell type that normally functions to phagocytose and destroy infectious bacteria. However, Mtb is able to evade macrophage defenses in order to survive for prolonged periods of time. Many intracellular pathogens secrete virulence factors targeting host membranes and organelles to remodel their intracellular environmental niche. We hypothesized that Mtb secreted proteins that target host membranes are vital for Mtb to adapt to and manipulate the host environment for survival. Thus, we characterized 200 secreted proteins from Mtb for their ability to associate with eukaryotic membranes using a unique temperature-sensitive yeast screen and to manipulate host trafficking pathways using a modified inducible secretion screen. We identified five Mtb secreted proteins that both associated with eukaryotic membranes and altered the host secretory pathway. One of these secreted proteins, Mpt64, localized to the endoplasmic reticulum during Mtb infection of murine and human macrophages and impaired the unfolded protein response in macrophages. These data highlight the importance of secreted proteins in Mtb pathogenesis and provide a basis for further investigation into their molecular mechanisms.
IMPORTANCE: Advances have been made to identify secreted proteins of Mycobacterium tuberculosis during animal infections. These data, combined with transposon screens identifying genes important for M. tuberculosis virulence, have generated a vast resource of potential M. tuberculosis virulence proteins. However, the function of many of these proteins in M. tuberculosis pathogenesis remains elusive. We have integrated three cell biological screens to characterize nearly 200 M. tuberculosis secreted proteins for eukaryotic membrane binding, host subcellular localization, and interactions with host vesicular trafficking. In addition, we observed the localization of one secreted protein, Mpt64, to the endoplasmic reticulum (ER) during M. tuberculosis infection of macrophages. Interestingly, although Mpt64 is exported by the Sec pathway, its delivery into host cells was dependent upon the action of the type VII secretion system. Finally, we observed that Mpt64 impairs the ER-mediated unfolded protein response in macrophages.
Assunto
Mycobacterium tuberculosis, Tuberculose, Macrófagos
Palavras-chave
Mycobacterium tuberculosis, Effector functions, Pathogenesis
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https://journals.asm.org/doi/10.1128/msphere.00354-19