Escherichia coli STb toxin induces apoptosis in intestinal epithelial cell lines

La toxine stable à la chaleur de type b (STb) est une des toxines produites par les souches Enterotoxigenic Escherichia coli (ETEC) impliquée dans le développement de la diarrhée. Une étude antérieure par Goncalves et al. (2009) a démontré que les cellules ayant internalisé la toxine STb démontraient une morphologie qui rappelle l’apoptose. Le changement du potentiel membranaire observé par Goncalves et al. (2009) nous a incité à vérifier la capacité de la toxine STb à induire l’apoptose des cellules HRT-18 et IEC-18 par la voie intrinsèque. Les cellules HRT-18 et IEC-18 ont été traitées avec de la toxine purifiée pour une durée de 24 heures puis ells ont été récoltées et examinées pour des caratéristiques de l’apoptose. L’activation des caspases-9 et -3, mais pas de la caspase-8, a été observée dans les deux lignées cellulaires à l’aide des substrats fluorescents spécifiques pour chaque caspase. L’ADN extrait des cellules HRT-18 et IEC-18 a révélé une fragmentation lorsque migré sur gel d’agarose. La condensation et la fragmentation des noyaux ont été observées en microscopie à fluorescence suite à une coloration de l’ADN au Hoechst 33342. Les indices apoptotiques des cellules HRT-18 et IEC-18 traitées avec des quantités croissantes de STb montrent une dose-réponse pour les deux lignées. L’activation de la caspase-9 est une indication que la voie intrinsèque de l’apoptose est activée dans les cellules HRT-18 et IEC-18. L’absence de l’activation de la caspase-8 démontre que la voie extrinsèque n’est pas impliquée dans la mort cellulaire médiée par STb.

L’entérotoxine STb d’Escherichia coli affecte les jonctions serrées des cellules intestinales épithéliales

La toxine thermostable d’E.coli (STb) est une cause de diarrhée chez l’homme et l’animal. STb se lie au sulfatide, son récepteur, puis s’internalise. Dans le cytoplasme, par une cascade d’événements, STb déclenche l’ouverture des canaux ioniques permettant la sécrétion des ions et la perte d’eau menant à la diarrhée. Les jonctions serrées forment une barrière physique intercellulaire dans les cellules épithéliales intestinales, contrôlant ainsi le flux paracellulaire des ions et de l’eau. Les jonctions serrées sont affectées par divers pathogènes et par leurs toxines. À ce jour, l’effet de STb sur les jonctions serrées n’a pas été étudié. L’étude entreprise visait à explorer l’effet de STb sur les jonctions serrées et la barrière épithéliale des cellules intestinales. Des cellules épithéliales intestinales du colon humain (T84) ont été traitées pendant 24h soit avec la toxine STb purifiée soit avec une souche d’E.coli exprimant STb. La résistance transépithéliale (TER), le flux de marqueurs paracellulaires et la microscopie confocale ont été utilisés pour analyser les effets de STb sur les jonctions serrées. Les monocouches traitées par la souche E.coli exprimant STb et la toxine STb purifiée ont manifesté une forte réduction de TER (p<0.0001) parallèlement à une augmentation significative de la perméabilité paracellulaire à l’Albumine de Sérum Bovin marqué avec l’IsoThioCyanate Fluoroscéine, BSA-FITC (p<0.0001) comparativement aux cellules non traitées et aux cellules traitées par une souche d’E.coli commensale non-toxinogène. L’augmentation de la perméabilité paracellulaire induite par STb a été associée à une dissolution générale et une condensation des fibres de stress centrales des filaments d’actine. Le réarrangement des filaments d’actine a été accompagné par une redistribution et une fragmentation des protéines des jonctions serrées dont l’occludine, la claudine-1 et la Zonula Occludens-1. Les mêmes modifications on été observées après l’intoxication des cellules T84 avec un octapeptide synthétique retrouvé dans la séquence de STb correspondant à une séquence consensus de la toxine ZOT de Vibrio cholerae, impliquée dans la réorganisation des jonctions serrées. Cet effet n’a pas été observé lorsque les cellules ont été traitées avec un octapeptide synthétique comportant les mêmes acides aminés mais distribués de façon aléatoire ou avec la toxine mutée (D30V). Nos résultats montrent pour la première fois que STb induit le dysfonctionnement de la barrière épithéliale intestinale en modifiant la distribution des protéines des jonctions serrées. Ces résultats ouvrent une nouvelle voie pour la compréhension de la pathogenèse de diarrhée causée par la toxine STb.

L’entérotoxine STb d’Escherichia coli déloge la claudine-1 des jonctions serrées

Escherichia coli produit diverses entérotoxines thermolabiles et thermostables. STb est une toxine de faible poids moléculaire résistant à la chaleur chargée de la diarrhée chez les animaux de la ferme. Une étude antérieure a montré que les cellules ayant internalisé la toxine STb provoquent un dysfonctionnement de la barrière épithéliale par des changements dans les protéines des jonctions serrées (TJ). Ces modifications contribuent probablement à la diarrhée observée. Pour mieux comprendre le mécanisme de l'augmentation de la perméabilité intestinale, nous avons traité les cellules du côlon humain (T84) avec la toxine purifiée STb une fois que les cellules ont été récoltées et les protéines extraites. Après l'utilisation d'une solution contenant 1% de Nonidet P-40 (un détergent non dénaturant, non ionique), nous avons étudié la distribution de la claudine -1, une protéine majeure des TJs, responsable de l'imperméabilité de l'épithélium, entre la membrane (NP40-insoluble) et le cytoplasme (NP40-soluble). En utilisant l’immunoblot et la microscopie confocale, nous avons observé que le traitement des monocouches de cellules T84 avec STb induit la redistribution de la claudine-1. Après 24h, les cellules cultivées en milieu faible en Ca+ (5 uM) et traitées par STb, ont montré qu’environ 40 % de plus de la claudine-1 se sont délogées dans le cytoplasme par comparaison au contrôle. En passant d’un milieu faible à un milieu contenant des quantités physiologiques de Ca++ (1,8 mM) nous avons observé une augmentation du taux de claudine- 1 délogé, comme la délocalisation comparable et ce, après 6h. Un milieu supplémenté avec la même concentration de Mg++ ou Zn++ n'a pas affecté le taux de délogement comparé au milieu contenant une faible teneur en Ca++. En utilisant des anticorps anti-phosphosérine et anti-phosphothréonine, nous avons observé que la perte des claudines-1 de la membrane a été accompagnée par une déphosphorylation de cette protéine des TJs. Dans l'ensemble, nos résultats ont montré une importante redistribution de la claudine-1 dans les cellules traitées par la toxine STb. La perte de la claudine-1 phosphorylée de la membrane est susceptible d'être impliquée dans la perméabilité accrue observée. Les mécanismes par lesquels ces changements sont provoqués restent à élucider.

Étude d'un variant de la toxine STb produite par Escherichia coli

Les E. coli entérotoxinogènes (ETEC) sont souvent la cause de diarrhée post-sevrage chez le porc. Deux types d’entérotoxines sont retrouvées chez les ETEC, soit les thermolabiles, comme la toxine LT, et les thermostables, comme EAST-1, STa et STb. Cette dernière est composée de 48 acides aminés et est impliquée dans la pathologie causée par les ETEC. Pour la première fois un variant de la toxine STb fut découvert dans une étude. Nous avons alors émis l’hypothèse qu’il y a présence de variants dans la population de souches ETEC du Québec. Dans les 100 souches STb+ analysées, 23 possédaient le gène de la toxine avec une variation dans la séquence génétique : l’asparagine était présente en position 12 remplaçant ainsi l’histidine. Une corrélation entre la présence du variant et la présence de facteurs de virulence retrouvés dans ces 100 souches ETEC étudiées a été effectuée. Ce variant semble fortement associé à la toxine STa puisque toutes les souches variantes ont hybridé avec le gène codant pour cette dernière. Étant donné sa présence répandue dans la population de souches ETEC du Québec, nous avons de plus émis l’hypothèse que ce variant a des caractéristiques biologiques altérées par rapport à la toxine sauvage. L’analyse par dichroïsme circulaire a montré que le variant et la toxine sauvage ont une structure secondaire ainsi qu’une stabilité similaires. Par la suite, l’attachement au récepteur de la toxine, le sulfatide, a été étudié par résonnance plasmonique de surface (biacore). Le variant a une affinité au sulfatide légèrement réduite comparativement à la toxine sauvage. Puisque l’internalisation de la toxine fut observée dans une étude précédente et qu’elle semble liée à la toxicité, nous avons comparé l’internalisation du variant et de la toxine sauvage à l’intérieur des cellules IPEC-J2. L’internalisation du variant dans les cellules est légèrement supérieure à l’internalisation de la toxine sauvage. Ces résultats suggèrent que le variant est biochimiquement et structurellement comparable à la toxine sauvage.

Étude des voies d’internalisation de l’entérotoxine STb d’Escherichia coli dans des lignées cellulaires

L’entérotoxine stable à la chaleur STb est produite par les Escherichia coli entérotoxinogènes (ETEC). Son rôle dans la diarrhée post-sevrage porcine est établi. L’internalisation de STb a été observée dans des cellules épithéliales intestinales humaines et de rat. Cependant, le mécanisme d’internalisation n’est pas totalement compris, particulièrement dans le jéjunum porcin, la cible in vivo de STb. Par la cytométrie en flux, nous avons examiné l’internalisation de STb couplée à un marqueur fluorescent dans les cellules épithéliales intestinales porcines IPEC-J2 et les fibroblastes murins NIH3T3. Nos résultats révèlent que l’internalisation de STb est températureindépendante dans les IPEC-J2 tandis qu’elle est température-dépendante dans les NIH3T3, où la réorganisation de l’actine est aussi nécessaire. Toutefois, les niveaux de sulfatide, le récepteur de STb, sont semblables à la surface des deux lignées. Le sulfatide est internalisé à 37°C de façon similaire entre les deux types cellulaires. La rupture des lipid rafts, les microdomaines membranaires contenant le sulfatide, par la méthyl-βcyclodextrine ou la génistéine, n’affecte pas l’internalisation de STb dans les deux lignées. Notre étude indique que le mécanisme d’internalisation de STb est dépendant du type cellulaire. L’activité de la cellule hôte peut être requise ou non. Le récepteur de STb, le sulfatide, n’est pas directement impliqué dans ces mécanismes. L’internalisation activité cellulaire-dépendante suggère une endocytose, nécessitant la réorganisation de l’actine mais pas les lipid rafts. L’internalisation de STb est donc un processus complexe dépendant du type cellulaire, qu’il apparait plus relevant d’étudier dans des modèles cellulaires représentatifs des conditions in vivo.

Prevalence of Staphylococcus aureus strains in an Australian cohort, 1989-2003 : evidence for the low prevalence of the toxic shock toxin and Panton-Valentine leukocidin genes

The purpose of this paper is to determine the prevalence of the toxic shock toxin gene (tst) and to enumerate the circulating strains of methicillin-sensitive Staphylococcus aureus (MSSA) and methicillin-resistant S. aureus (MRSA) in Australian isolates collected over two decades. The aim was to subtype these strains using the binary genes pvl, cna, sdrE, pUB110 and pT181. Isolates were assayed using real-time polymerase chain reaction (PCR) for mecA, nuc, 16 S rRNA, eight single-nucleotide polymorphisms (SNPs) and for five binary genes. Two realtime PCR assays were developed for tst. The 90 MRSA isolates belonged to CC239 (39 in 1989, 38 in 1996 and ten in 2003), CC1 (two in 2003) and CC22 (one in 2003). The majority of the 210 MSSA isolates belonged to CC1 (26), CC5 (24) and CC78 (23). Only 18 isolates were tst-positive and only 15 were pvl-positive. Nine MSSA isolates belonged to five binary types of ST93, including two pvlpositive types. The proportion of tst-positive and pvl-positive isolates was low and no significant increase was demonstrated. Dominant MSSA clonal complexes were similar to those seen elsewhere, with the exception of CC78. CC239 MRSA (AUS-2/3) was the predominant MRSA but decreased significantly in prevalence, while CC22 (EMRSA-15) and CC1 (WA-1) emerged. Genetically diverse ST93 MSSA predated the emergence of ST93- MRSA (the Queensland clone).

Single nucleotide polymorphism (SNP) - genotyping of Community Acquired Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus, including the subtyping of PVL toxin producers using Real-Time PCR

Staphylococcus aureus is a common pathogen that causes a variety of infections including soft tissue infections, impetigo, septicemia toxic shock and scalded skin syndrome. Traditionally, Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus (MRSA) was considered a Hospital-Acquired (HA) infection. It is now recognised that the frequency of infections with MRSA is increasing in the community, and that these infections are not originating from hospital environments. A 2007 report by the Centers for Disease Control and Prevention (CDC) stated that Staphylococcus aureus is the most important cause of serious and fatal infections in the USA. Community-Acquired MRSA (CA-MRSA) are genetically diverse and distinct, meaning they are able to be identified and tracked by way of genotyping. Genotyping of MRSA using Single nucleotide polymorphisms (SNPs) is a rapid and robust method for monitoring MRSA, specifically ST93 (Queensland Clone) dissemination in the community. It has been shown that a large proportion of CA-MRSA infections in Queensland and New South Wales are caused by ST93. The rationale for this project was that SNP analysis of MLST genes is a rapid and cost-effective method for genotyping and monitoring MRSA dissemination in the community. In this study, 16 different sequence types (ST) were identified with 41% of isolates identified as ST93 making it the predominate clone. Males and Females were infected equally with an average patient age of 45yrs. Phenotypically, all of the ST93 had an identical antimicrobial resistance pattern. They were resistant to the β-lactams – Penicillin, Flu(di)cloxacillin and Cephalothin but sensitive to all other antibiotics tested. Virulence factors play an important role in allowing S. aureus to cause disease by way of colonising, replication and damage to the host. One virulence factor of particular interest is the toxin Panton-Valentine leukocidin (PVL), which is composed of two separate proteins encoded by two adjacent genes. PVL positive CA-MRSA are shown to cause recurrent, chronic or severe skin and soft tissue infections. As a result, it is important that PVL positive CA-MRSA is genotyped and tracked. Especially now that CA-MRSA infections are more prevalent than HA-MRSA infections and are now deemed endemic in Australia. 98% of all isolates in this study tested positive for the PVL toxin gene. This study showed that PVL is present in many different community based ST, not just ST93, which were all PVL positive. With this toxin becoming entrenched in CA-MRSA, genotyping would provide more accurate data and a way of tracking the dissemination. PVL gene can be sub-typed using an allele-specific Real-Time PCR (RT-PCR) followed by High resolution meltanalysis. This allows the identification of PVL subtypes within the CA-MRSA population and allow the tracking of these clones in the community.

Partial protection against chlamydial reproductive tract infection by a recombinant major outer membrane protein/CpG/cholera toxin intranasal vaccine in the guinea pig Chlamydia cavaie model

Chlamydia trachomatis is a major cause of sexually transmitted diseases worldwide. There currently is no vaccine to protect against chlamydial infection of the female reproductive tract. Vaccine development has predominantly involved using the murine model, however infection of female guinea pigs with Chlamydia caviae more closely resembles chlamydial infection of the human female reproductive tract, and presents a better model to assess potential human chlamydial vaccines. We immunised female guinea pigs intranasally with recombinant major outer membrane protein (r-MOMP) combined with CpG-10109 and cholera toxin adjuvants. Both systemic and mucosal immune responses were elicited in immunised animals. MOMP-specific IgG and IgA were present in the vaginal mucosae, and high levels of MOMP-specific IgG were detected in the serum of immunised animals. Antibodies from the vaginal mucosae were also shown to be capable of neutralising C. caviae in vitro. Following immunisation, animals were challenged intravaginally with a live C. caviae infection of 102 inclusion forming units. We observed a decrease in duration of infection and a significant (p<0.025) reduction in infection load in r-MOMP immunised animals, compared to animals immunised with adjuvant only. Importantly, we also observed a marked reduction in upper reproductive tract (URT) pathology in r-MOMP immunised animals. Intranasal immunisation of female guinea pigs with r-MOMP was able to provide partial protection against C. caviae infection, not only by reducing chlamydial burden but also URT pathology. This data demonstrates the value of using the guinea pig model to evaluate potential chlamydial vaccines for protection against infection and disease pathology caused by C. trachomatis in the female reproductive tract.

Intranasal immunization with C. muridarum major outer membrane protein (MOMP) and cholera toxin elicits local production of neutralising IgA in the prostate

Successful control of sexually transmitted diseases (STDs) through vaccination will require the development of vaccine strategies that target protective immunity to both the female and male reproductive tracts (MRT). In the male, the immune privileged nature of the male reproductive tract provides a barrier to entry of serum immunoglobulins into the male reproductive ducts, thereby preventing the induction of protective immunity using conventional injectable vaccination techniques. In this study we investigated the potential of intranasal (IN) immunization to elicit anti-chlamydial immunity in BALB/c male mice. Intranasal immunization with Chlamydia muridarum major outer membrane protein (MOMP) admixed with cholera toxin (CT) resulted in high levels of MOMP-specific IgA in prostatic fluids (PF) and MOMP-specific IgA-secreting cells in the prostate. Prostatic fluid IgA inhibited in vitro infection of McCoy cells with C. muridarum. Using RT-PCR we also show that mRNA for the polymeric immunoglobulin receptor (PIgR), which transports IgA across mucosal epithelia, is expressed only in the prostate but not in other regions of the male reproductive ducts upstream of the prostate. These data suggest that using intranasal immunization to target IgA to the prostate may protect males against STDs while at the same time maintaining the state of immune privilege within the MRT.

Transcutaneous immunization with combined cholera toxin and CpG adjuvant protects against Chlamydia muridarum genital tract infection

Chlamydia trachomatis is a pathogen of the genital tract and ocular epithelium. Infection is established by the binding of the metabolically inert elementary body (EB) to epithelial cells. These are taken up by endocytosis into a membrane-bound vesicle termed an inclusion. The inclusion avoids fusion with host lysosomes, and the EBs differentiate into the metabolically active reticulate body (RB), which replicates by binary fission within the protected environment of the inclusion. During the extracellular EB stage of the C. trachomatis life cycle, antibody present in genital tract or ocular secretions can inhibit infection both in vivo and in tissue culture. The RB, residing within the intracellular inclusion, is not accessible to antibody, and resolution of infection at this stage requires a cell-mediated immune response mediated by gamma interferon-secreting Th1 cells. Thus, an ideal vaccine to protect against C. trachomatis genital tract infection should induce both antibody (immunoglobulin A [IgA] and IgG) responses in mucosal secretions to prevent infection by chlamydial EB and a strong Th1 response to limit ascending infection to the uterus and fallopian tubes. In the present study we show that transcutaneous immunization with major outer membrane protein (MOMP) in combination with both cholera toxin and CpG oligodeoxynucleotides elicits MOMP-specific IgG and IgA in vaginal and uterine lavage fluid, MOMP-specific IgG in serum, and gamma interferon-secreting T cells in reproductive tract-draining caudal and lumbar lymph nodes. This immunization protocol resulted in enhanced clearance of C. muridarum (C. trachomatis, mouse pneumonitis strain) following intravaginal challenge of BALB/c mice.

Surveillance snapshot of Clostridium difficile infection in hospitals across Queensland detects binary toxin producing ribotype UK 244

In North America and Europe, the binary toxin positive Clostridium difficile strains of the ribotypes 027 and 078 have been associated with death, toxic megacolon and other adverse outcomes. Following an increase in C. difficile infections (CDIs) in Queensland, a prevalence study involving 175 hospitals was undertaken in early 2012, identifying 168 cases of CDI over a 2 month period. Patient demographics and clinical characteristics were recorded, and C. difficile isolates were ribotyped and tested for the presence of binary toxin genes. Most patients (106/168, 63.1%) were aged over 60 years. Overall, 98 (58.3%) developed symptoms after hospitalisation; 89 cases (53.0%) developed symptoms more than 48 hours after admission. Furthermore, 27 of the 62 (67.7%) patients who developed symptoms in the community ad been hospitalised within the last 3 months. Thirteen of the 168 (7.7%) cases identified had severe disease, resulting in admission to the Intensive Care Unit or death within 30 days of the onset of symptoms. The 3 most common ribotypes isolated were UK 002 (22.9%), UK 014 (13.3%) and the binary toxin-positive ribotype UK 244 (8.4%). The only other binary toxin positive ribotype isolated was UK 078 (n = 1). Of concern was the detection of the binary toxin positive ribotype UK 244, which has recently been described in other parts of Australia and New Zealand. No isolates were of the international epidemic clone of ribotype UK 027, although ribotype UK 244 is genetically related to this clone. Further studies are required to track the epidemiology of ribotype UK 244 in Australia and New Zealand. Commun Dis Intell 2014;38(4):E279–E284.

Ankylosing spondylitis is associated with the anthrax toxin receptor 2 gene (ANTXR2)

Objectives ANTXR2 variants have been associated with ankylosing spondylitis (AS) in two previous genome-wide association studies (GWAS) (p∼9×10-8). However, a genome-wide significant association (p<5×10-8) was not observed. We conducted a more comprehensive analysis of ANTXR2 in an independent UK sample to confirm and refine this association. Methods A replication study was carried out with 2978 cases and 8365 controls. Then, these were combined with non-overlapping samples from the two previous GWAS in a meta-analysis. Human leukocyte antigen (HLA)-B27 stratification was also performed to test for ANTXR2-HLA-B27 interaction. Results Out of nine single nucleotide polymorphisms (SNP) in the study, five SNPs were nominally associated (p<0.05) with AS in the replication dataset. In the meta-analysis, eight SNPs showed evidence of association, the strongest being with rs12504282 (OR=0.88, p=6.7×10-9). Seven of these SNPs showed evidence for association in the HLA-B27-positive subgroup, but none was associated with HLA-B27-negative AS. However, no statistically significant interaction was detected between HLA-B27 and ANTXR2 variants. Conclusions ANTXR2 variants are clearly associated with AS. The top SNPs from two previous GWAS (rs4333130 and rs4389526) and this study (rs12504282) are in strong linkage disequilibrium (r2≥0.76). All are located near a putative regulatory region. Further studies are required to clarify the role played by these ANTXR2 variants in AS.

A lack of predatory interaction between rumen ciliate protozoa and Shiga-toxin producing Escherichia coli

Aims: To investigate interactions between rumen protozoa and Shiga toxin-producing Escherichia coli (STEC) and to ascertain whether it is likely that rumen protozoa act as ruminant hosts for STEC. Methods and Results: The presence of stx genes in different microbial fractions recovered from cattle and sheep rumen contents and faeces was examined using PCR. In animals shedding faecal STEC, stx genes were not detected in the rumen bacterial or rumen protozoal fractions. Direct interactions between ruminal protozoa and STEC were investigated by in vitro co-incubation. Rumen protozoa did not appear to ingest STEC, a STEC lysogen or non-STEC E. coli populations when co-incubated. Conclusions: The ruminal environment is unlikely to be a preferred habitat for STEC. Bacterial grazing by rumen protozoa appears to have little, if any, effect on STEC populations. Significance and Impact of the Study: This study indicates that ruminal protozoa are unlikely to be a major factor in the survival of STEC in ruminants. They appear as neither a host that protects STEC from the ruminal environment nor a predator that might reduce STEC numbers.

Characterization of a toxin from Parthenium hysterophorus and its mode of excretion in animals

Fractionation of methanolic extracts of air dried aerial parts ofParthenium resulted in the isolation of a toxic constituent which was identified as parthenin, the major sesquiterpene lactone from the weed. The LD50 (minimal lethal dose required to cause 50% mortality) for parthenin in rats was 42 mg/kg body weight. When [3H]-parthenin was given orally or by intravenous administration, radioactivity appeared in the milk of lactating laboratory and dairy animals. Tissue distribution of radioactivity revealed that maximum label was detectable in kidneys.