Brucella abortus transits through the autophagic pathway and replicates in the endoplasmic reticulum of nonprofessional phagocytes

Abstract

Brucella abortus is an intracellular pathogen that replicates within a membrane-bounded compartment. In this study, we have examined the intracellular pathway of the virulent B. abortus strain 2308 (S2308) and the attenuated strain 19 (S19) in HeLa cells. At 10 min after inoculation, both bacterial strains are transiently detected in phagosomes characterized by the presence of early endosomal markers such as the early endosomal antigen 1. At ;1 h postinoculation, bacteria are located within a compartment positive for the lysosome associated membrane proteins (LAMPs) and the endoplasmic reticulum (ER) marker sec61b but negative for the mannose 6-phosphate receptors and cathepsin D. Interestingly, this compartment is also positive for the autophagosomal marker monodansylcadaverin, suggesting that S2308 and S19 are located in autophagic vacuoles. At 24 h after inoculation, attenuated S19 is degraded in lysosomes, while virulent S2308 multiplies within a LAMP- and cathepsin D-negative but sec61b- and protein disulfide isomerase-positive compartment. Furthermore, treatment of infected cells with the pore-forming toxin aerolysin from Aeromonas hydrophila causes vacuolation of the bacterial replication compartment. These results are compatible with the hypothesis that pathogenic B. abortus exploits the autophagic machinery of HeLa cells to establish an intracellular niche favorable for its replication within the ER

Brucella abortus es un patógeno intracelular que se replica dentro de un compartimento delimitado por una membrana. En este estudio, hemos examinado la vía intracelular de la cepa virulenta de B. abortus 2308 (S2308) y la cepa atenuada 19 (S19) en células HeLa. A los 10 minutos de la inoculación, ambas cepas bacterianas se detectan transitoriamente en fagosomas caracterizados por la presencia de marcadores endosomales tempranos como el antígeno endosomal temprano 1. A ∼1 h después de la inoculación, las bacterias se localizan dentro de un compartimento positivo para las proteínas de membrana asociadas al lisosoma (LAMP) y el marcador sec61β del retículo endoplásmico (RE), pero negativo para los receptores de manosa 6-fosfato y la catepsina D. Curiosamente, este compartimento también es positivo para el marcador autofagosomal monodansilcadaverina, lo que sugiere que S2308 y S19 se localizan en vacuolas autofágicas. A las 24 horas de la inoculación, el S19 atenuado se degrada en los lisosomas, mientras que el S2308 virulento se multiplica en un compartimento negativo para LAMP y catepsina D, pero positivo para sec61β y proteína disulfuro isomerasa. Además, el tratamiento de las células infectadas con la toxina formadora de poros aerolisina de Aeromonas hydrophila provoca la vacuolización del compartimento de replicación bacteriana. Estos resultados son compatibles con la hipótesis de que el B. abortus patógeno explota la maquinaria autofágica de las células HeLa para establecer un nicho intracelular favorable para su replicación dentro del RE.