GTPases of the Rho subfamily are required for Brucella abortus internalization in nonprofessional phagocytes

Abstract

Members of the genus Brucella are intracellular -Proteobacteria responsible for brucellosis, a chronic disease of humans and animals. Little is known about Brucella virulence mechanisms, but the abilities of these bacteria to invade and to survive within cells are decisive factors for causing disease. Transmission electron and fluorescence microscopy of infected nonprofessional phagocytic HeLa cells revealed minor membrane changes accompanied by discrete recruitment of F-actin at the site of Brucella abortus entry. Cell uptake of B. abortus was negatively affected to various degrees by actin, actin-myosin, and microtubule chemical inhibitors. Modulators of MAPKs and protein-tyrosine kinases hampered Brucella cell internalization. Inactivation of Rho small GTPases using clostridial toxins TcdB-10463, TcdB-1470, TcsL-1522, and TcdA significantly reduced the uptake of B. abortus by HeLa cells. In contrast, cytotoxic necrotizing factor from Escherichia coli, known to activate Rho, Rac, and Cdc42 small GTPases, increased the internalization of both virulent and non-virulent B. abortus. Expression of dominant-positive Rho, Rac, and Cdc42 forms in HeLa cells promoted the uptake of B. abortus, whereas expression of dominant-negative forms of these GTPases in HeLa cells hampered Brucella uptake. Cdc42 was activated upon cell contact by virulent B. abortus, but not by a noninvasive isogenic strain, as proven by affinity precipitation of active Rho, Rac, and Cdc42. The polyphasic approach used to discern the molecular events leading to Brucella internalization provides new alternatives for exploring the complexity of the signals required by intracellular pathogens for cell invasion.

Los miembros del género Brucella son intracelulares -Proteobacterias responsables de la brucelosis, una enfermedad crónica de los humanos y animales. Se sabe poco sobre los mecanismos de virulencia de la Brucella, pero la capacidad de estas bacterias para invadir y sobrevivir dentro de las células son factores decisivos para causar la enfermedad. La microscopía electrónica de transmisión y la microscopía de fluorescencia de las células HeLa fagocíticas no profesionales infectadas revelaron cambios menores en la membrana acompañados de un reclutamiento discreto de F-actina en el lugar de entrada de Brucella abortus. La captación celular de B. abortus se vio afectada negativamente en diversos grados por la actina, la actina-miosina y los inhibidores químicos de los microtúbulos. Los moduladores de los MAPK y las proteínas-tirosina-cinasas obstaculizaron la internalización de las células de Brucella. La inactivación de las pequeñas GTPasas Rho usando las toxinas clostridiales TcdB-10463, TcdB-1470, TcsL-1522, y TcdA redujo significativamente la captación de B. abortus por las células HeLa. En cambio, el factor necrosante citotóxico de Escherichia coli, conocido por activar las pequeñas GTPasas Rho, Rac y Cdc42, aumentó la internalización de la B. abortus tanto virulenta como no virulenta. La expresión de las formas dominantes-positivas de Rho, Rac y Cdc42 en las células HeLa promovió la captación de B. abortus, mientras que la expresión de las formas dominantes-negativas de estas GTPasas en las células HeLa obstaculizó la captación de Brucella. El Cdc42 se activó al contacto con la célula por la virulenta B. abortus, pero no por una cepa isogénica no invasiva, como se demostró por la precipitación por afinidad de Rho, Rac y Cdc42 activos. El enfoque polifásico utilizado para discernir los acontecimientos moleculares que conducen a la internalización de Brucella proporciona nuevas alternativas para explorar la complejidad de las señales que requieren los patógenos intracelulares para la invasión celular.