The lipopolysaccharide core of Brucella abortus acts as a shield against innate immunity recognition

Abstract

Innate immunity recognizes bacterial molecules bearing pathogen-associated molecular patterns to launch inflammatory responses leading to the activation of adaptive immunity. However, the lipopolysaccharide (LPS) of the gram-negative bacterium Brucella lacks a marked pathogen-associated molecular pattern, and it has been postulated that this delays the development of immunity, creating a gap that is critical for the bacterium to reach the intracellular replicative niche. We found that a B. abortus mutant in the wadC gene displayed a disrupted LPS core while keeping both the LPS O-polysaccharide and lipid A. In mice, the wadC mutant induced proinflammatory responses and was attenuated. In addition, it was sensitive to killing by non-immune serum and bactericidal peptides and did not multiply in dendritic cells being targeted to lysosomal compartments. In contrast to wild type B. abortus, the wadC mutant induced dendritic cell maturation and secretion of pro-inflammatory cytokines. All these properties were reproduced by the wadC mutant purified LPS in a TLR4-dependent manner. Moreover, the core-mutated LPS displayed an increased binding to MD-2, the TLR4 co-receptor leading to subsequent increase in intracellular signaling. Here we show that Brucella escapes recognition in early stages of infection by expressing a shield against recognition by innate immunity in its LPS core and identify a novel virulence mechanism in intracellular pathogenic gram-negative bacteria. These results also encourage for an improvement in the generation of novel bacterial vaccines.

La inmunidad innata reconoce las moléculas bacterianas con patrones moleculares asociados a los patógenos para lanzar respuestas inflamatorias que conduzcan a la activación de la inmunidad adaptativa. Sin embargo, el lipopolisacárido (LPS) de la bacteria Gram negativa Brucella carece de un patrón molecular marcado asociado al patógeno, y se ha postulado que esto retrasa el desarrollo de la inmunidad, creando una brecha que es crítica para que la bacteria alcance el nicho de replicación intracelular. Encontramos que un mutante B. abortus en el gen wadC mostraba un núcleo de LPS alterado mientras mantenía tanto el opolisacárido LPS como el lípido A. En los ratones, el mutante wadC indujo respuestas proinflamatorias y se atenuó. Además, era sensible a la muerte por suero no inmune y péptidos bactericidas y no se multiplicaba en las células dendríticas que se dirigían a los compartimentos lisosómicos. A diferencia del tipo silvestre B. abortus, el mutante wadC indujo la maduración de las células dendríticas y la secreción de citoquinas proinflamatorias. Todas estas propiedades fueron reproducidas por el LPS purificado por el mutante wadC de manera dependiente de TLR4. Además, el LPS mutado en el núcleo mostró una mayor unión a MD-2, el co-receptor de TLR4, lo que condujo a un aumento posterior de la señalización intracelular. Aquí mostramos que Brucella escapa al reconocimiento en las primeras etapas de la infección al expresar un escudo contra el reconocimiento por la inmunidad innata en su núcleo LPS e identificar un novedoso mecanismo de virulencia en las bacterias patógenas intracelulares gram-negativas. Estos resultados también alientan a mejorar la generación de nuevas vacunas bacterianas.