Signaling effects of adenylate cyclase toxin action on phagocytes

Abstract

Adenylát-cyklázový toxin (CyaA) je klíčovým faktorem virulence bakterie Bordetella pertussis. CyaA se váže na fagocyty produkující komplementový receptor 3 (CR3) a následně katalyzuje přeměnu vnitrobuněčného ATP na významného "druhého posla" cAMP. Tímto paralyzuje schopnost neutrofilů a makrofágů zabíjet bakterie pomocí oxidativního vzplanutí a mechanismů závislých na fagocytóze. V této práci analyzujeme mechanismus, kterým CyaA blokuje produkci baktericidních reaktivních kyslíkových a dusíkových radikálů neutrofily a makrofágy. CyaA potlačuje produkci reaktivních kyslíkových radikálů (ROS, z angl. "reactive oxygen species") jednak prostřednictvím inhibice PLC přes PKA a dále nejspíše ovlivněním skládání komplexu NADPH oxidázy prostřednictvím aktivace proteinu Epac. Selektivní aktivace PKA nebo Epac blokovala produkci ROS indukovanou fMLP. Inhibice PKA pomocí specifických inhibitorů navíc vedla jen k částečnému obnovení produkce ROS u neutrofilů vystavených CyaA. Signalizace CyaA/cAMP následně omezila tvorbu DAG, zatímco tvorba PIP3 zůstala neovlivněna. Tyto výsledky naznačují, že působení CyaA může ovlivnit lipidické složení membrány fagocytů. Dále jsme ukázali, že aktivace PKA pomocí cAMP vyvolává aktivaci tyrozínové fosfatázy SHP-1. To v makrofázích způsobí potlačení produkce reaktivních...

The adenylate cyclase toxin (CyaA) plays a key role in the virulence of Bordetella pertussis. CyaA penetrates CR3-expressing phagocytes and catalyzes the uncontrolled conversion of cytosolic ATP to the key second messenger molecule cAMP. This paralyzes the capacity of neutrophils and macrophages to kill bacteria by oxidative burst and opsonophagocytic mechanisms. Here we show that CyaA suppresses the production of bactericidal reactive oxygen and nitrogen species in neutrophils and macrophages, respectively. The inhibition of reactive oxygen species (ROS) production is most-likely achieved by the combined PKA-dependent inhibition of PLC and Epac-dependent dysregulation of NADPH oxidase assembly. Activation of PKA or Epac interfered with fMLP-induced ROS production and the inhibition of PKA partially reversed the CyaA-mediated inhibition of ROS production. CyaA/cAMP signaling then inhibited DAG formation, while the PIP3 formation was not influenced. These results suggest that cAMP produced by CyaA influences the composition of target membranes. We further show here that cAMP signaling through the PKA pathway activates the tyrosine phosphatase SHP-1 and suppresses the production of reactive nitrogen species (RNS) in macrophages. Selective activation of PKA interfered with LPS- induced iNOS expression...