Involvement of the inflammasome in the response of host cells during Staphylococcus aureus infection
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
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Jean-Marc Chatel
Eric Guédon
Aristóteles Góes Neto
Gwénael Jan
Anderson Mioyshi
Eric Guédon
Aristóteles Góes Neto
Gwénael Jan
Anderson Mioyshi
Resumo
Staphylococcus aureus (S. aureus) é uma bactéria Gram-positiva altamente adaptativa e
versátil que pode causar uma ampla gama de doenças infecciosas em humanos ou animais.
Nos estágios iniciais da infecção, a interação entre S. aureus e as células hospedeiras causa
inflamação, cujo processo depende de vários mecanismos celulares complexos e de uma
cascata de sinalização coordenada principalmente pelas citocinas e sua ativação. Os
principais fatores que determinam o início da inflamação e sua progressão são pathogen-
/microbe-associated molecular patterns (PAMPs/ MAMPs), danger-associated molecular
patterns (DAMPs), pattern recognition receptors (PRRs), e o sistema imune inato e adaptativo.
Inflammassomas, complexos de sinalização multiprotéicos que se agrupam após a detecção
de PAMPs/DAMPs, são fatores-chave da resposta imune inata. A maioria dos inflamassomas
é formado por um receptor NLR, uma proteína adaptadora ASC e uma Caspase-1 ativa. Uma
vez montados, os inflamassomas atuam como plataformas ativadoras que promovem a
maturação das citocinas pró-inflamatórias IL-1β e IL-18 em suas formas ativas. Seu papel em
diferentes tipos de fagócitos profissionais durante a infecção por S. aureus tem sido
extensivamente estudado. Por outro lado, o conhecimento sobre o envolvimento de
inflamassomas em fagócitos não profissionais (por exemplo, células epiteliais, células
endoteliais ...) é muito fragmentado. O objetivo deste trabalho foi estudar o papel da ativação
do inflamassoma durante a infecção por S. aureus em fagócitos não profissionais. Adotamos
um modelo de infecção por S. aureus desenvolvido em células osteoblásticas (linhagem MG-
63). Análises de Western blot e ELISA foram usadas para controlar a ativação de caspase-1
e a maturação de IL-1β na interação de S. aureus/MG-63. Geramos células MG-63 deletadas
do gene da caspase-1 (CASP1–/– MG-63) usando a abordagem CRISPR/Cas9. Isso nos
permitiu demonstrar o envolvimento do inflamassoma na resposta imune inata a S. aureus por
fagócitos não profissionais. Inesperadamente, mostramos que S. aureus prolifera nas células
CASP1–/– MG-63, sugerindo que Casp1 (ou um fenômeno regulado pela Casp1) está
envolvido na eliminação do S. aureus intracelular. Descobrimos que a formação do
inflamassoma nas células MG-63 é mais tardia que nos fagócitos profissionais. Além disso, o
uso de cepas de S. aureus (mutantes deletados) expressando ou não Phenol-Soluble
Modulins (PSM) nos permitiu determinar o papel das PSMs como desencadeador. Assim,
demonstramos que S. aureus é capaz de ativar a formação de inflamassomas em células não
fagocíticas (MG-63) e que os PSMs estão envolvidos nesse fenômeno.
Abstract
Staphylococcus aureus (S. aureus) is a highly adaptive and versatile Gram-positive bacterium
that can cause a wide range of infectious diseases in humans or animals. In the early stages
of infection, the interaction between S. aureus and the host cells causes inflammation, the
process of which depends on several complex cellular mechanisms and a signaling cascade
coordinated mainly by cytokines and their activation. The key factors determining the initiation
of inflammation and its progression are pathogen/ microbe-associated molecular patterns
(PAMPs/MAMPs), danger-associated molecular patterns (DAMPs), pattern recognition
receptors (PRRs), innate and adaptive immunity. Inflammasomes, multi-protein signaling
complexes that assemble after sensing PAMPs/ DAMPs, are key players of the innate immune
response. Most inflammasomes are formed by an NLR receptor, an ASC adapter protein, and
active caspase-1. Once assembled, inflammasomes act as activating platforms that promote
the maturation of pro-inflammatory cytokines IL-1β and IL-18 in their active forms. Their role in
different types of professional phagocytes during S. aureus infection has been extensively
studied. Conversely, knowledge about the involvement of inflammasomes in non-professional
phagocytes (e.g. epithelial cells, endothelial cells...) is very fragmented. This work aimed to
study the role of inflammasome activation during S. aureus infection in non-occupational
phagocytes. We adopted a model of S. aureus infection developed on osteoblastic cells (MG-
63 line). Western blot and ELISA analyses were used to control caspase-1 activation and IL-
1β maturation in the S. aureus MG-63 interaction. We generated MG-63 cells deleted from the
caspase-1 gene (CASP1–/– MG-63 cells) using the CRISPR/Cas9 approach. This allowed us
to demonstrate the involvement of inflammasomes in the innate immune response to S. aureus
by non-professional phagocytes. Unexpectedly, we have shown that S. aureus proliferates in
CASP1–/– MG-63 cells, suggesting that Casp1 (or Casp1-regulated phenomenon) is involved
in the elimination of intracellular S. aureus. We found that the formation of the inflammasome
in MG-63 cells is later than in professional phagocytes. Besides, the use of S. aureus strains
(deletion mutants) expressing or not Phenol-Soluble Modulins (PSM) allowed us to determine
the role of PSM in this trigger. Thus, we have demonstrated that S. aureus can activate
inflammasome formation in non-professional phagocytes (MG-63) cells and that PSM is
involved in this phenomenon.
Assunto
Genética, Osteoblástos, Staphylococcus aureus, Inflamassomos, Caspase 1, Interleucina-1
Palavras-chave
Osteoblástos, Staphylococcus aureus, Inflammasomes, Caspase-1, IL-1β
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