Mechanism of action of adenylate cyclase toxin on immune function of dendritic cells

Abstract

Adenylátcyklázový toxin (CyaA) je klíčovým faktorem virulence bakterie Bordetella pertusis, která je původcem černého kašle. CyaA se váže na fagocyty, které exprimují na svém povrchu komplementový receptor 3 a poté katalyzuje rychlou přeměnu ATP na cAMP, které rozvrací buněčnou signalizaci. Zároveň CyaA tvoří uvnitř buněčné membrány kation-selektivní póry, které zapříčiňují únik draslíku z buněčného cytosolu. Enzymaticky neaktivní forma CyaA toxinu, adenylátcyklázový toxoid (CyaA-AC- ), se používá jako nástroj pro dopravu antigenů již 20 let. Tato práce se zaměřila především na studium mechanismu působení CyaA toxoidu a toxinu. Zkoumali jsme adjuvantní účinky CyaA toxoidu, jeho kapacitu nořit se do buněčné membrány a možnost jeho využití pro dopravu epitopů z chřipkového viru. Ukázali jsme, že pórotvorná aktivita toxoidu a následná aktivace MAP kináz JNK a p38 jsou klíčové pro adjuvantní účinek toxoidu CyaA-AC- a způsobují maturaci dendritických buněk (DC - z angl. dendritic cells), nezávislou na signalizaci TLR (z angl. Toll-like receptor) drah a inflamazómu. K stimulaci dendritických buněk dochází dokonce i in vivo a toxoidem aktivované DC jsou pak schopné navodit CD8+ a CD4+ T buněčné odpovědi in vitro a in vivo. Dále jsme ukázali, že prvních 371 aminokyselin je postradatelných pro schopnost...

The adenylate cyclase toxin (CyaA) is a key virulence factor of the whooping cough agent Bordetella pertussis. CyaA primarily penetrates CR3-expressing myeloid phagocytes and subverts cellular signaling by a rapid conversion of ATP to cAMP. In parallel, CyaA can form cation-selective pores within cellular membrane, provoking massive potassium efflux from cell cytosol. An enzymatically inactive adenylate cyclase toxoid (CyaA-AC- ) has then been abundantly used as an efficient antigen delivery tool over the past 20 years. This work focused mainly on the mechanism of action of CyaA toxin and of its toxoid on dendritic cells. We studied the potency of the CyaA toxoid to act as adjuvant, its penetration capacity and its potential use in delivery of influenza epitopes. We show that the pore-forming activity and the activation of MAP kinases JNK and p38 were crucial for the adjuvant effects of the CyaA-AC- , which provokes maturation of dendritic cells (DC) independently of Toll-like receptor (TLR) or inflammasome signaling. Furthermore, such CyaA-AC- -stimulated DC acquired the ability to induce CD8+ and CD4+ T cells responses, as was determined both in vitro and in vivo. We further showed that the first 371 amino acids are dispensable for the capacity of CyaA to deliver its AC domain with inserted...