Abstract
Enteropathogenic E. coli (EPEC) belongs to a group of bacterial pathogens that induce epithelial cell actin rearrangements resulting in pedestal formation beneath adherent bacteria. This requires the secretion of specific virulence proteins needed for signal transduction and intimate adherence. EPEC interaction induces tyrosine phosphorylation of a protein in the host membrane, Hp90, which is the receptor for the EPEC outer membrane protein, intimin. Hp90–intimin interaction is essential for intimate attachment and pedestal formation. Here, we demonstrate that Hp90 is actually a bacterial protein (Tir). Thus, this bacterial pathogen inserts its own receptor into mammalian cell surfaces, to which it then adheres to trigger additional host signaling events and actin nucleation. It is also tyrosine-phosphorylated upon transfer into the host cell.
Introduction
Enteropathogenic Escherichia coli (EPEC) is a member of a group of pathogenic organisms that adhere to host cells and cause localized accumulation of host actin beneath adherent organisms, collectively known as attaching and effacing pathogens (3 and 4). Pathogens in this group include enterohemorrhagic E. coli (EHEC, the causative agent of hemorrhagic colitis and hemolytic uremic syndrome) and several other human and animal pathogens. EPEC continues to be a significant cause of infantile diarrhea in developing nations, contributing to high morbidity and mortality. EPEC forms small microcolonies on the surface of infected epithelial cells, followed by intimate contact and localized degeneration of the epithelial brush border microvilli, cumulating in an attaching and effacing (A/E) lesion. The A/E lesion (or pedestal) is associated with the assembly of highly organized cytoskeletal structures in epithelial cells immediately beneath the adherent bacteria that include the cytoskeletal components actin, α-actinin, myosin light chain, ezrin, and talin (9 and 23).
Recently, several of the bacterial components involved in pedestal formation have been identified (reviewed inDonnenberg et al. 1997). EPEC possesses a virulence plasmid that encodes the bundle-forming pilus (BFP) (Stone et al. 1996) and a positive virulence factor regulator, Per (14 and 19). All of the genes that encode products that are necessary for pedestal formation are found within a 35 kb pathogenicity island in the E. coli chromosome (24 and 25). Within the LEE region are several genes whose products have different functions, including type III secretion apparatus proteins, secreted effector molecules and their chaperones, and intimin.
Type III secretion systems are being increasingly found in many pathogenic gram-negative organisms (26, 7 and 8), and the role of the EPEC type III secretion system is to secrete proteins necessary for formation of the A/E lesion (16 and 19). At least two proteins secreted by the EPEC secretion system, EspA and EspB, are necessary for activating EPEC-induced signals in epithelial cells (10, 19 and 21). These signals include calcium and inositol phosphate fluxes, and tyrosine phosphorylation of Hp90, a 90 kDa protein associated with mammalian cell membranes (27 and 11). Mutations in espA or espB, or those in the type III secretion system (sep and cfm), are unable to signal or induce binding of the EPEC adhesin intimin to epithelial cell surfaces ( Rosenshine et al. 1996b).
Intimin is the product of a bacterial chromosomal LEE locus, eaeA, and is a 94 kDa EPEC outer membrane protein that is needed for intimate adherence ( Jerse et al. 1990). Mutants defective in eaeA form immature A/E lesions and do not organize phosphotyrosine proteins and cytoskeletal components beneath adherent bacteria, although epithelial signal transduction is still activated ( Rosenshine et al. 1996b). Intimin participates in reorganization of the underlying host cytoskeleton after other bacterial factors (EspA and EspB) stimulate epithelial signal transduction. Intimin binding to host cells also stimulates a second wave of signal transduction inside the mammalian cell, including tyrosine phosphorylation of phospholipase Cγ ( Kenny and Finlay 1997). We have recently shown that in cultured cells, intimin binds to the tyrosine-phosphorylated form of Hp90, but only if mammalian cells have been preinfected with EPEC strains possessing an intact type III secretion system capable of secreting EspA and EspB ( Rosenshine et al. 1996b). However, little is known about the identity of Hp90, other than that it is tyrosine-phosphorylated following EPEC infection and that it serves as a receptor for intimin. Phosphotyrosine proteins (presumably Hp90) are concentrated at the tip of the pedestal immediately beneath EPEC, but phosphotyrosine residues are not surface-exposed in unpermeabilized cells ( Rosenshine et al. 1992). Biochemically, Hp90 behaves as an integral host membrane protein and appears to be highly conserved. It also appears to play a key role in organizing polymerized actin under the adherent bacteria once it binds intimin.
In this paper, we show that, surprisingly, Hp90 is not a mammalian membrane protein, but instead is a bacterial protein whose delivery to the host cell is facilitated by the type III–secreted products EspA and EspB and then functions as the intimin receptor.
Results
Antibodies to a 78 kDa EPEC-Secreted Protein Cross-React with Hp90
During our attempts to purify Hp90, we found that a polyclonal rabbit antiserum raised against EPEC recognized a protein that comigrated precisely with enriched Hp90 from mammalian cell membranes. This cross-reactive band was not present when HeLa cells were infected with mutants defective for type III secretion, which also do not cause Hp90 tyrosine phosphorylation (Rosenshine et al. 1992). We also found that following infections that used radiolabeling conditions that specifically label EPEC but not HeLa proteins (Kenny and Finlay 1995), anti-phosphotyrosine (PY) antibodies immunoprecipitated a radiolabeled protein that comigrated with Hp90. In contrast, no radiolabeled Hp90 was precipitated when HeLa cell proteins were labeled. These preliminary findings led us to pursue the hypothesis that Hp90 might be of bacterial origin.
If Hp90 was of bacterial origin, it is likely that EPEC should be able to secrete this protein. We have shown that EPEC secretes several proteins that are involved in activating host cell signals and other events needed for intimate binding (Kenny and Finlay 1995). EPEC does not appear to secrete any visible protein of 90 kDa, the molecular mass of Hp90. We have optimized the secretion of EPEC proteins (28 and 18) and found that, under special culture conditions, EPEC secretes two additional proteins of 72 and 78 kDa (our unpublished data), in addition to EspA (25 kDa), EspB (37 kDa), EspC (110 kDa), and two other proteins of 39 and 40 kDa (Kenny and Finlay 1995). We found that the 72 and 78 kDa bands had the same amino-terminal sequence, PIGNLGNNVNGNHLIPPAPPLPSQTDGAAR, which was unrelated to any known EPEC protein. Additionally, antibodies raised against the other EPEC-secreted proteins did not recognize these proteins. Higher levels of the secreted 72 and 78 kDa proteins occurred when multiple copies of the Per positive regulon and special growth conditions were used (see Experimental Procedures). Thus, polyclonal mouse and rat antibodies to the 78 kDa EPEC protein were generated (see Experimental Procedures) to determine if these antibodies could recognize Hp90.
EPEC-infected HeLa cells were fractionated (Kenny and Finlay 1997) using saponin to release cytoplasmic proteins and Triton X-100 to solubilize membrane proteins, and these fractions were probed with both anti-PY (to detect Hp90) and anti-EPEC 78 kDa protein antibodies. Both antibodies reacted with proteins that behaved as Hp90 within the mammalian cell membrane fraction from infected but not uninfected cells (Figure 1A). Both antibodies also reacted with a 90 kDa protein in the insoluble (bacteria and cytoskeleton) fraction, which represents Hp90 bound to bacteria (Rosenshine et al. 1992). In addition, anti-PY antibodies recognized Ep85, an 85 kDa tyrosine-phosphorylated EPEC protein, in the insoluble fraction (Rosenshine et al. 1992). The anti-EPEC 78 kDa antibodies, but not the anti-PY antibodies, also reacted with the bacterial form of the 78 kDa protein in the insoluble bacteria-containing fraction.
Abstract
Enteropathogenic E. coli (EPEC) belongs to a group of bacterial pathogens that induce epithelial cell actin rearrangements resulting in pedestal formation beneath adherent bacteria. This requires the secretion of specific virulence proteins needed for signal transduction and intimate adherence. EPEC interaction induces tyrosine phosphorylation of a protein in the host membrane, Hp90, which is the receptor for the EPEC outer membrane protein, intimin. Hp90–intimin interaction is essential for intimate attachment and pedestal formation. Here, we demonstrate that Hp90 is actually a bacterial protein (Tir). Thus, this bacterial pathogen inserts its own receptor into mammalian cell surfaces, to which it then adheres to trigger additional host signaling events and actin nucleation. It is also tyrosine-phosphorylated upon transfer into the host cell.
Introduction
Enteropathogenic Escherichia coli (EPEC) is a member of a group of pathogenic organisms that adhere to host cells and cause localized accumulation of host actin beneath adherent organisms, collectively known as attaching and effacing pathogens (3 and 4). Pathogens in this group include enterohemorrhagic E. coli (EHEC, the causative agent of hemorrhagic colitis and hemolytic uremic syndrome) and several other human and animal pathogens. EPEC continues to be a significant cause of infantile diarrhea in developing nations, contributing to high morbidity and mortality. EPEC forms small microcolonies on the surface of infected epithelial cells, followed by intimate contact and localized degeneration of the epithelial brush border microvilli, cumulating in an attaching and effacing (A/E) lesion. The A/E lesion (or pedestal) is associated with the assembly of highly organized cytoskeletal structures in epithelial cells immediately beneath the adherent bacteria that include the cytoskeletal components actin, α-actinin, myosin light chain, ezrin, and talin (9 and 23).
Recently, several of the bacterial components involved in pedestal formation have been identified (reviewed inDonnenberg et al. 1997). EPEC possesses a virulence plasmid that encodes the bundle-forming pilus (BFP) (Stone et al. 1996) and a positive virulence factor regulator, Per (14 and 19). All of the genes that encode products that are necessary for pedestal formation are found within a 35 kb pathogenicity island in the E. coli chromosome (24 and 25). Within the LEE region are several genes whose products have different functions, including type III secretion apparatus proteins, secreted effector molecules and their chaperones, and intimin.
Type III secretion systems are being increasingly found in many pathogenic gram-negative organisms (26, 7 and 8), and the role of the EPEC type III secretion system is to secrete proteins necessary for formation of the A/E lesion (16 and 19). At least two proteins secreted by the EPEC secretion system, EspA and EspB, are necessary for activating EPEC-induced signals in epithelial cells (10, 19 and 21). These signals include calcium and inositol phosphate fluxes, and tyrosine phosphorylation of Hp90, a 90 kDa protein associated with mammalian cell membranes (27 and 11). Mutations in espA or espB, or those in the type III secretion system (sep and cfm), are unable to signal or induce binding of the EPEC adhesin intimin to epithelial cell surfaces ( Rosenshine et al. 1996b).
Intimin is the product of a bacterial chromosomal LEE locus, eaeA, and is a 94 kDa EPEC outer membrane protein that is needed for intimate adherence ( Jerse et al. 1990). Mutants defective in eaeA form immature A/E lesions and do not organize phosphotyrosine proteins and cytoskeletal components beneath adherent bacteria, although epithelial signal transduction is still activated ( Rosenshine et al. 1996b). Intimin participates in reorganization of the underlying host cytoskeleton after other bacterial factors (EspA and EspB) stimulate epithelial signal transduction. Intimin binding to host cells also stimulates a second wave of signal transduction inside the mammalian cell, including tyrosine phosphorylation of phospholipase Cγ ( Kenny and Finlay 1997). We have recently shown that in cultured cells, intimin binds to the tyrosine-phosphorylated form of Hp90, but only if mammalian cells have been preinfected with EPEC strains possessing an intact type III secretion system capable of secreting EspA and EspB ( Rosenshine et al. 1996b). However, little is known about the identity of Hp90, other than that it is tyrosine-phosphorylated following EPEC infection and that it serves as a receptor for intimin. Phosphotyrosine proteins (presumably Hp90) are concentrated at the tip of the pedestal immediately beneath EPEC, but phosphotyrosine residues are not surface-exposed in unpermeabilized cells ( Rosenshine et al. 1992). Biochemically, Hp90 behaves as an integral host membrane protein and appears to be highly conserved. It also appears to play a key role in organizing polymerized actin under the adherent bacteria once it binds intimin.
In this paper, we show that, surprisingly, Hp90 is not a mammalian membrane protein, but instead is a bacterial protein whose delivery to the host cell is facilitated by the type III–secreted products EspA and EspB and then functions as the intimin receptor.
Results
Antibodies to a 78 kDa EPEC-Secreted Protein Cross-React with Hp90
During our attempts to purify Hp90, we found that a polyclonal rabbit antiserum raised against EPEC recognized a protein that comigrated precisely with enriched Hp90 from mammalian cell membranes. This cross-reactive band was not present when HeLa cells were infected with mutants defective for type III secretion, which also do not cause Hp90 tyrosine phosphorylation (Rosenshine et al. 1992). We also found that following infections that used radiolabeling conditions that specifically label EPEC but not HeLa proteins (Kenny and Finlay 1995), anti-phosphotyrosine (PY) antibodies immunoprecipitated a radiolabeled protein that comigrated with Hp90. In contrast, no radiolabeled Hp90 was precipitated when HeLa cell proteins were labeled. These preliminary findings led us to pursue the hypothesis that Hp90 might be of bacterial origin.
If Hp90 was of bacterial origin, it is likely that EPEC should be able to secrete this protein. We have shown that EPEC secretes several proteins that are involved in activating host cell signals and other events needed for intimate binding (Kenny and Finlay 1995). EPEC does not appear to secrete any visible protein of 90 kDa, the molecular mass of Hp90. We have optimized the secretion of EPEC proteins (28 and 18) and found that, under special culture conditions, EPEC secretes two additional proteins of 72 and 78 kDa (our unpublished data), in addition to EspA (25 kDa), EspB (37 kDa), EspC (110 kDa), and two other proteins of 39 and 40 kDa (Kenny and Finlay 1995). We found that the 72 and 78 kDa bands had the same amino-terminal sequence, PIGNLGNNVNGNHLIPPAPPLPSQTDGAAR, which was unrelated to any known EPEC protein. Additionally, antibodies raised against the other EPEC-secreted proteins did not recognize these proteins. Higher levels of the secreted 72 and 78 kDa proteins occurred when multiple copies of the Per positive regulon and special growth conditions were used (see Experimental Procedures). Thus, polyclonal mouse and rat antibodies to the 78 kDa EPEC protein were generated (see Experimental Procedures) to determine if these antibodies could recognize Hp90.
EPEC-infected HeLa cells were fractionated (Kenny and Finlay 1997) using saponin to release cytoplasmic proteins and Triton X-100 to solubilize membrane proteins, and these fractions were probed with both anti-PY (to detect Hp90) and anti-EPEC 78 kDa protein antibodies. Both antibodies reacted with proteins that behaved as Hp90 within the mammalian cell membrane fraction from infected but not uninfected cells (Figure 1A). Both antibodies also reacted with a 90 kDa protein in the insoluble (bacteria and cytoskeleton) fraction, which represents Hp90 bound to bacteria (Rosenshine et al. 1992). In addition, anti-PY antibodies recognized Ep85, an 85 kDa tyrosine-phosphorylated EPEC protein, in the insoluble fraction (Rosenshine et al. 1992). The anti-EPEC 78 kDa antibodies, but not the anti-PY antibodies, also reacted with the bacterial form of the 78 kDa protein in the insoluble bacteria-containing fraction.
การแปล กรุณารอสักครู่..
นามธรรม
enteropathogenic E . coli ( epec ) อยู่ในกลุ่มของแบคทีเรียก่อโรคที่ทำให้เซลล์เยื่อบุผิว actin rearrangements เป็นผลในการพัฒนาภายใต้แท่นติดแบคทีเรีย ต้องมีการหลั่งโปรตีนเฉพาะโรคที่จำเป็นสำหรับการส่งสัญญาณและใกล้ชิดการยึดมั่น epec ปฏิสัมพันธ์ทำให้ซีนฟอสโฟริเลชันของโปรตีนในเยื่อ hp90 โฮสต์ , ,ซึ่งเป็นยาสำหรับ epec ผิวนอกของโปรตีน อินติมิน . hp90 –อินติมินปฏิสัมพันธ์เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการสร้างความผูกพันใกล้ชิดและแท่น ที่นี่เราแสดงให้เห็นว่า hp90 เป็นจริงโปรตีนแบคทีเรีย ( TIR ) ดังนั้น , เชื้อโรคแบคทีเรียนี้แทรกตัวรับในเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมพื้นผิวของตัวเอง ,ซึ่งก็สอดคล้องกับการเรียกเพิ่มเติมโฮสต์เหตุการณ์และ actin nucleation . มันเป็นซีนฟอสฟอรีเลเตตเมื่อโอนเข้าไปในเซลล์โฮสต์
บทนำ
enteropathogenic Escherichia coli ( epec ) เป็นสมาชิกของกลุ่มของสิ่งมีชีวิตเชื้อโรคที่ยึดติดกับโฮสต์เซลล์และทำให้เกิดการสะสมของแอกทินโฮสต์ภายใต้สานุศิษย์เป็นสิ่งมีชีวิตซึ่งเรียกว่าการ effacing และเชื้อโรค ( 3 และ 4 ) โรคในกลุ่มนี้ ได้แก่ enterohemorrhagic E . coli ( EHEC , ตัวแทนของ hemorrhagic colitis และสาเหตุ hemolytic โรคไตวายเรื้อรัง และโรคอื่น ๆ ) มนุษย์และสัตว์หลาย epec ยังคงเป็นสาเหตุสำคัญของอุจจาระร่วงในทารกในประเทศกำลังพัฒนา สาเหตุการเจ็บป่วยสูงและอัตราการตายepec รูปแบบ microcolonies ขนาดเล็กบนพื้นผิวของเซลล์เยื่อติดเชื้อตามถิ่นติดต่อใกล้ชิดและการเสื่อมของเยื่อแปรงชายแดนพบ cumulating ในการ effacing ( A / E ) และรอยโรคA / E การบาดเจ็บ ( หรือแท่น ) เกี่ยวข้องกับการจัดระเบียบอย่างมากไซโตร กเลตัลโครงสร้างในเซลล์เยื่อได้ทันทีภายใต้สานุศิษย์แบคทีเรีย ได้แก่ แอลฟาไซโตร กเลตัล actin ส่วนประกอบ , actinin myosin light chain Ezrin , , , และ talin ( 9 และ 23 ) .
เมื่อเร็วๆ นี้หลายองค์ประกอบที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของเชื้อแบคทีเรียฐานได้รับการระบุ ( ดู indonnenberg et al . 1997 ) epec ครบถ้วนภัยสังคมสายพันธุ์ที่ encodes มัดเป็นขน ( คำสารภาพ ) ( หิน et al . 1996 ) และเป็นปัจจัยบวกต่อโรคควบคุม ( 14 และ 19 )ทั้งหมดของยีนที่เข้ารหัสผลิตภัณฑ์ที่จำเป็นในการสร้างฐานที่พบภายใน 35 กิโลเขตเกาะใน E . coli โครโมโซม ( 24 และ 25 ) ภายในภูมิภาค ลี มียีนหลายที่มีผลิตภัณฑ์ที่มีฟังก์ชั่นต่าง ๆรวมทั้งอุปกรณ์ประเภทที่ 3 การหลั่งโปรตีนที่หลั่ง ( โมเลกุลและผู้ดูแลของพวกเขา , และอินติมิน
ระบบการหลั่ง 3 ชนิดจะถูกมากขึ้นที่พบในสิ่งมีชีวิตและเชื้อโรคมากมาย ( 26 , 7 และ 8 ) และบทบาทของประเภท epec 3 ระบบคือการหลั่งโปรตีนที่จำเป็นสำหรับการพัฒนาของรอยโรค ( E / 16 และ 19 ) อย่างน้อยสองโปรตีนที่หลั่งมาจากระบบการหลั่ง epec , เอสปา และ espb ที่จําเป็นสําหรับการกระตุ้น , epec สัญญาณในเซลล์เยื่อ ( 1019 และ 21 ) สัญญาณเหล่านี้ ได้แก่ แคลเซียม และฟอสเฟตต่อ Inositol และไทโรซีนฟอสโฟริเลชันของ hp90 , 90 kDa โปรตีนเกี่ยวข้องกับเยื่อหุ้มเซลล์ ( 27 ) และ 11 ) การกลายพันธุ์ในเอสปาหรือ espb หรือผู้ที่อยู่ในประเภทที่ 3 ( และระบบการหลั่งเพื่อ cfm ) ไม่สามารถที่จะส่งสัญญาณหรือก่อให้เกิดข้อผูกพันของ epec adhesin อินติมินในเซลล์เยื่อบุผิวพื้นผิว ( rosenshine et al .
1996b )อินติมินเป็นผลิตภัณฑ์ของตน eaea โครโมโซมแบคทีเรียลี , และ 94 กิโล epec ผิวนอกของโปรตีนที่จำเป็นสำหรับการใกล้ชิด ( jerse et al . 1990 ) สายพันธุ์ eaea บกพร่องในรูปแบบอ่อน E / แผลและไม่ได้จัดโปรตีน phosphotyrosine และส่วนประกอบไซโตร กเลตัลใต้ติดแบคทีเรียถึงแม้ว่าการส่งสัญญาณเหล่านี้ยังใช้งาน ( rosenshine et al . 1996b ) อินติมินมีส่วนร่วมในการปรับโครงสร้างของบริษัทโฮสต์ขาดตอนหลังจากที่ปัจจัยแบคทีเรียอื่น ๆ ( Espa espb และ ) กระตุ้นสัญญาณเปลี่ยนลำดับ อินติมินผูกพันกับโฮสต์เซลล์และกระตุ้นคลื่นที่สองของสัญญาณภายในเซลล์การควบคุมพลังงาน ,รวมซีนฟอสโฟริเลชันของ phospholipase C γ ( Kenny และฟินเลย์ 1997 ) เราได้รับเมื่อเร็ว ๆนี้แสดงให้เห็นว่าในการเพาะเลี้ยงเซลล์ อินติมินที่ผูกกับซีนฟอสฟอรีเลเตตรูป hp90 แต่ถ้าเลี้ยงเซลล์ได้ preinfected กับ epec สายพันธุ์ครอบครองครบถ้วนสามประเภทของระบบการหลั่งได้หลั่ง และ espb ( Espa rosenshine et al . 1996b ) อย่างไรก็ตามเป็นที่รู้จักกันเพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับเอกลักษณ์ของ hp90 นอกเหนือจากนั้นมันเป็นซีนฟอสฟอรีเลเตตดังต่อไปนี้การติดเชื้อ epec และว่ามันทำหน้าที่เป็นรีเซพเตอร์สำหรับอินติมิน . โปรตีน phosphotyrosine ( สันนิษฐาน hp90 ) เป็นกระจุกที่ปลายของฐานทันทีภายใต้ epec แต่ phosphotyrosine ตกค้างไม่ได้พื้นผิวสัมผัส unpermeabilized เซลล์ ( rosenshine et al . 1992 ) biochemically ,hp90 ทำตัวเป็นโฮสต์ integral membrane protein และปรากฏเป็นในเชิงอนุรักษ์ . มันยังปรากฏบทบาทสําคัญในการจัดระเบียบ polymerized actin ภายใต้สานุศิษย์แบคทีเรียเมื่อมันผูกอินติมิน
ในกระดาษนี้เราแสดงให้เห็นว่า จู่ ๆ hp90 ไม่ใช่เฉพาะโปรตีนเมมเบรน ,
การแปล กรุณารอสักครู่..