Structural mass spectrometry of Bordetella virulence factors

Abstract

The Bordetellae are aerobic Gram-negative coccobacilli colonizing the upper respiratory tract of mammals and thereby causing diseases with similar symptoms but different host specificity. The bacteria produce a variety of adhesins and toxins that facilitate their ability to promote infection and evade the innate immune system. Among them, the filamentous hemagglutinin (FHA) and the adenylate cyclase toxin (CyaA) are the major virulence factors providing the adherence to the host epithelial cells and the protection against bactericidal activity of phagocytic cells, respectively. Moreover, CyaA along with the Escherichia coli α-hemolysin (HlyA) and the Kingella kingae cytotoxin (RtxA) represent a prominent group of Repeats in ToXin (RTX) cytotoxins/hemolysins that undergo post-translational acylation on conserved lysine residues. Here, different mass spectrometry approaches were employed to analyze the structural features of FHA and to characterize the acylation status of the RTX toxins and their various hybrid molecules. First, the differential 16O/18O labeling revealed that the mature FHA proteins of B. pertussis (Bp-FHA) and the B. bronchiseptica (Bb-FHA) are processed at different sites, after Ala2348 and Lys2479 of the FhaB precursor, respectively. Second, the bottom-up proteomics of the...

Bakterie rodu Bordetella jsou aerobní gramnegativní kokobacily, které osidlují dýchací trakt u řady savců a tím způsobují různé druhy respiračních onemocnění. Bakterie produkují velké množství adhesivních molekul a toxinů, které se výrazně podílejí na rozvoji infekce a potlačení hostitelského imunitního systému. Mezi hlavní zástupce patří filamentózní hemaglutinin (FHA), který zajišťuje přilnutí bakterie k řasinkovému epitelu hostitele, a adenylát cyklázový toxin (CyaA), který je schopen potlačit baktericidní aktivitu fagocytů. CyaA, společně s α-hemolysinem (HlyA) z Escherichia coli a RtxA cytotoxinem z druhu Kingella kingae, patří do rozsáhlé skupiny takzvaných Repeats-in-toxin (RTX) cytolysinů/hemolyzinů, které jsou post-translačně modifikovány pomocí acylace konzervovaných lyzinových zbytků. Cílem této práce je strukturně-funkční charakterizace FHA molekul a analýza post-translačních modifikací u RTX toxinů a jejich hybridních variant pomocí hmotnostní spektrometrie. Za prvé, diferenciální izotopické značení 16O/18O odhalilo, že C- koncové aminokyseliny vysoce homologních FHA proteinů z Bordetella pertussis a Bordetella bronchiseptica jsou štěpeny na různých místech, a to v pozici 2348 pro B. pertussis a v pozici 2479 pro B. bronchiseptica. Za druhé, proteomická analýza tryptických fragmentů...