ボルドテッラ百日咳のアデニル酸シクラーゼ毒素による上皮細胞浸潤の機能的・構造的影響

Functional and structural consequences of epithelial cell invasion by Bordetella pertussis adenylate cyclase toxin.

• Christelle Angely
• Daniel Ladant
• Emmanuelle Planus
• Bruno Louis
• Marcel Filoche
• Alexandre Chenal
• Daniel Isabey

抄録

ホッピング咳の原因菌である百日咳菌は、アデニル酸シクラーゼ毒素（CyaA）を産生し、CyaAの細胞受容体であるCD11b/CD18を発現する自然免疫細胞を標的とすることで、宿主のコロニー化に重要な役割を果たしています。また、CyaAは、細胞の細胞質膜を介して触媒ドメインを直接トランスロケーションすることで構成されるユニークな侵入経路を介して、非貪食細胞に侵入することができます。細胞内では、CyaAはカルモジュリンによって活性化され、環状アデノシン一リン酸（cAMP）を高レベルで産生し、細胞生理を変化させます。本研究では、A549 肺胞上皮細胞の細胞および分子構造のリモデリングに対する CyaA 毒素の効果を探った。本研究では、CyaA毒素がA549肺胞上皮細胞に与える細胞内サイクリックAMPの大量増加の構造的・機能的影響を、従来のイメージング技術、生化学的・機能的試験、および先進的な細胞力学的手法を用いて定量化した。また、CyaAは低濃度（0.5nM）では、中毒肺胞上皮細胞の遊走と創傷治癒能力を著しく損なうことを示した。このような濃度は百日咳菌感染中に局所的に到達する可能性があることから、我々の結果は、CyaAが自然免疫細胞を無効化するという主要な役割を超えて、百日咳の特徴である気道の上皮バリアの局所的な変化にも寄与している可能性を示唆している。

Bordetella pertussis, the causative agent of whopping cough, produces an adenylate cyclase toxin (CyaA) that plays a key role in the host colonization by targeting innate immune cells which express CD11b/CD18, the cellular receptor of CyaA. CyaA is also able to invade non-phagocytic cells, via a unique entry pathway consisting in a direct translocation of its catalytic domain across the cytoplasmic membrane of the cells. Within the cells, CyaA is activated by calmodulin to produce high levels of cyclic adenosine monophosphate (cAMP) and alter cellular physiology. In this study, we explored the effects of CyaA toxin on the cellular and molecular structure remodeling of A549 alveolar epithelial cells. Using classical imaging techniques, biochemical and functional tests, as well as advanced cell mechanics method, we quantify the structural and functional consequences of the massive increase of intracellular cyclic AMP induced by the toxin: cell shape rounding associated to adhesion weakening process, actin structure remodeling for the cortical and dense components, increase in cytoskeleton stiffness, and inhibition of migration and repair. We also show that, at low concentrations (0.5 nM), CyaA could significantly impair the migration and wound healing capacities of the intoxicated alveolar epithelial cells. As such concentrations might be reached locally during B. pertussis infection, our results suggest that the CyaA, beyond its major role in disabling innate immune cells, might also contribute to the local alteration of the epithelial barrier of the respiratory tract, a hallmark of pertussis.