Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / ExoU, uma citotoxina produzida pelo patógeno oportunista Pseudomonas aeruginosa e translocada para o citosol de células hospedeiras via sistema de secreção do tipo III, é associada à gravidade de infecções agudas. No presente trabalho, o efeito de ExoU na ativação do estresse oxidativo e da resposta antioxidante foi avaliado em culturas de células epiteliais respiratórias humanas infectadas com a cepa PA103 de P. aeruginosa (produtora de ExoU), com a mutante deletada no gene exoU, PA103∆exoU, ou com a mutante complementada com exoU sem atividade tipo fosfolipase A2, PA103∆UT/S142A. Análises das dosagens de hidroperóxidos lipídicos e isoprostanos, considerados marcadores de estresse oxidativo, revelaram que ExoU promoveu um aumento em suas concentrações. Foi observado, também, que ExoU estimulou a produção de espécies reativas de oxigênio, óxido nítrico e peroxinitrito nas células infectadas, assim como a expressão de iNOS e eNOS, mas não de nNOS. Além disso, ExoU foi responsável pelo aumento da atividade de SOD1 e pela redução dos níveis de GSH, mas não afetou a atividade da catalase ou de NQO1. No modelo in vivo, a dosagem de malondialdeído, um subproduto da lipoperoxidação de membranas, evidenciou uma maior produção deste composto no pulmão de camundongos infectados pela cepa produtora de ExoU, em comparação ao pulmão de camundongos infectados pela cepa mutante. Em conjunto, estes resultados mostram que ExoU ativa a produção de espécies reativas de oxigênio e nitrogênio, levando à peroxidação lipídica e modulando o sistema de defesa antioxidante / ExoU, a cytotoxin produced by the opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa and translocated into the cytosol of host cells via a type III secretion system, is associated with severity of acute infections. In the present work, the effect of ExoU in the activation of oxidative stress and antioxidant response was evaluated in cultures of human respiratory epithelial cells infected with P. aeruginosa PA103 strain (producer of ExoU), or with its isogenic mutants, the ExoU-deficient PA103∆exoU or the exoU-depleted mutant complemented with an exoU gene with a site-specific mutation in the PLA2 catalytic site, PA103∆UT/S142A. Analysis of dosages of lipid hydroperoxides and isoprostanes, considered markers of oxidative stress, revealed that ExoU promoted an increase in their concentrations. It was also observed that ExoU stimulated the production of reactive oxygen species, nitric oxide and peroxynitrite in infected cells, as well as the expression of iNOS and eNOS, but not nNOS. Furthermore, ExoU was responsible for the increased activity of SOD1 and the reduced levels of GSH, but did not affect the activity of catalase or NQO1. In the in vivo model, the analysis of malondialdehyde, a byproduct of lipid peroxidation of membranes, showed increased production of this compound in the lungs of mice infected with the ExoU-producing strain compared to the lungs of mice infected with the mutant strain. Together, these results show that ExoU activates the production of reactive oxygen and nitrogen species, leading to lipid peroxidation and modulating the antioxidant defense system.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / ExoU, uma citotoxina produzida pelo patógeno oportunista Pseudomonas aeruginosa e translocada para o citosol de células hospedeiras via sistema de secreção do tipo III, é associada à gravidade de infecções agudas. No presente trabalho, o efeito de ExoU na ativação do estresse oxidativo e da resposta antioxidante foi avaliado em culturas de células epiteliais respiratórias humanas infectadas com a cepa PA103 de P. aeruginosa (produtora de ExoU), com a mutante deletada no gene exoU, PA103∆exoU, ou com a mutante complementada com exoU sem atividade tipo fosfolipase A2, PA103∆UT/S142A. Análises das dosagens de hidroperóxidos lipídicos e isoprostanos, considerados marcadores de estresse oxidativo, revelaram que ExoU promoveu um aumento em suas concentrações. Foi observado, também, que ExoU estimulou a produção de espécies reativas de oxigênio, óxido nítrico e peroxinitrito nas células infectadas, assim como a expressão de iNOS e eNOS, mas não de nNOS. Além disso, ExoU foi responsável pelo aumento da atividade de SOD1 e pela redução dos níveis de GSH, mas não afetou a atividade da catalase ou de NQO1. No modelo in vivo, a dosagem de malondialdeído, um subproduto da lipoperoxidação de membranas, evidenciou uma maior produção deste composto no pulmão de camundongos infectados pela cepa produtora de ExoU, em comparação ao pulmão de camundongos infectados pela cepa mutante. Em conjunto, estes resultados mostram que ExoU ativa a produção de espécies reativas de oxigênio e nitrogênio, levando à peroxidação lipídica e modulando o sistema de defesa antioxidante / ExoU, a cytotoxin produced by the opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa and translocated into the cytosol of host cells via a type III secretion system, is associated with severity of acute infections. In the present work, the effect of ExoU in the activation of oxidative stress and antioxidant response was evaluated in cultures of human respiratory epithelial cells infected with P. aeruginosa PA103 strain (producer of ExoU), or with its isogenic mutants, the ExoU-deficient PA103∆exoU or the exoU-depleted mutant complemented with an exoU gene with a site-specific mutation in the PLA2 catalytic site, PA103∆UT/S142A. Analysis of dosages of lipid hydroperoxides and isoprostanes, considered markers of oxidative stress, revealed that ExoU promoted an increase in their concentrations. It was also observed that ExoU stimulated the production of reactive oxygen species, nitric oxide and peroxynitrite in infected cells, as well as the expression of iNOS and eNOS, but not nNOS. Furthermore, ExoU was responsible for the increased activity of SOD1 and the reduced levels of GSH, but did not affect the activity of catalase or NQO1. In the in vivo model, the analysis of malondialdehyde, a byproduct of lipid peroxidation of membranes, showed increased production of this compound in the lungs of mice infected with the ExoU-producing strain compared to the lungs of mice infected with the mutant strain. Together, these results show that ExoU activates the production of reactive oxygen and nitrogen species, leading to lipid peroxidation and modulating the antioxidant defense system.

Para avaliar a capacidade da toxina ExoU de P. aeruginosa de induzir a expressão do fator tissular (FT) por células epiteliais respiratórias da linhagem BEAS-2B, células infectadas pela cepa PA103, produtora da toxina, foram comparadas com outras infectadas por cepa mutante obtida por deleção do gene exoU e com células controles não infectadas quanto a i) expressão do mRNA do FT, por RT-PCR; ii) expressão da proteína FT em lisados celulares, por ensaio imunoenzimático (ELISA), e na superfície celular, por citometria de fluxo; iii) atividade pró-coagulante das células, pela determinação da capacidade de indução de coagulação de plasma humano normal e do lisado celular, através de ensaio colorimétrico; iv) presença de FT solúvel no sobrenadante das culturas, por ELISA; v) liberação de micropartículas expressando FT e fosfatidilserina (FS), por citometria de fluxo. Nossos resultados mostraram que ExoU foi responsável pelo aumento da expressão do mRNA e da concentração da glicoproteína FT tanto nos lisados quanto na superfície celular. Esse aumento foi revertido quando as bactérias foram tratadas com uma droga inibidora de PLA2 (MAFP), comprovando-se a dependência da atividade fosfolipásica A2 de ExoU para a modulação da expressão do FT. Células infectadas pela cepa PA103 induziram uma diminuição no tempo de coagulação do plasma humano normal e o aumento da hidrólise do substrato sintético utilizado no teste colorimétrico em comparação com as células infectadas com a cepa mutante, mostrando que o FT expresso era funcionalmente ativo. Foi também detectado um aumento na concentração de FT solúvel presente nos sobrenadantes de culturas infectadas por PA103 e no número de micropartículas expressando, simultaneamente, FT e FS em relação à cultura infectada pela cepa PA103∆exoU. Os resultados obtidos nos testes in vitro foram validados pela demonstração de que a concentração de FT no parênquima pulmonar de camundongos infectados, por via intratraqueal, com a cepa selvagem foi significativamente superior à detectada nos animais infectados com a cepa mutante. / To evaluate the capacity of the P. aeruginosa toxin ExoU to induce the expression of tissue factor (TF) by epithelial respiratory cells from the BEAS-2B cell line, cells infected with the ExoU-producing PA103 bacterial strain were compared with cells infected with a mutant obtained by deletion of the exoU gene and with control non-infected cells in their i) expression of the TF mRNA, by RT-PCR; ii) expression of the protein TF in cell lisates and surfaces, by enzyme immunoassay (ELISA) and flow cytometry, respectively; iii) procoagulant activity by determining the ability of intact cells to induce the coagulation of normal human plasma and the ability of cell lysates to cleave the synthetic substrate of a chromogenic assay; iv) presence of soluble TF in cell culture supernatants, by ELISA and v) release of microparticles simultaneously expressing TF and phosphatidylserine, by flow cytometry. Cells infected with the wild type bacteria exhibited increased expression of TF mRNA 1 hour after infection and a positive modulation of TF expression in both cell lysates and cell surfaces. The enhancement of TF expression was inhibited when cells were infected with bacteria previously treated with a PLA2 inhibitor (MAFP), confirming that the ability of ExoU to modulate TF expression depended on its phospholipase A2 activity. Newly expressed TF was shown to be functionally active, by both the decrease in the clotting time of human plasma and the enhancement of the hydrolysis of the chromogenic assay substrate. Cells infected with the ExoU-producing bacteria exhibited also higher concentrations of soluble TF and of TF and PS bearing microparticles in the cell culture supernatants. These in vitro results were validated by our finding of increase TF concentrations in the lung parenchyma of mice infected intratracheally with the ExoU producing-bacteria at 24 h post-infection.

Para avaliar a capacidade da toxina ExoU de P. aeruginosa de induzir a expressão do fator tissular (FT) por células epiteliais respiratórias da linhagem BEAS-2B, células infectadas pela cepa PA103, produtora da toxina, foram comparadas com outras infectadas por cepa mutante obtida por deleção do gene exoU e com células controles não infectadas quanto a i) expressão do mRNA do FT, por RT-PCR; ii) expressão da proteína FT em lisados celulares, por ensaio imunoenzimático (ELISA), e na superfície celular, por citometria de fluxo; iii) atividade pró-coagulante das células, pela determinação da capacidade de indução de coagulação de plasma humano normal e do lisado celular, através de ensaio colorimétrico; iv) presença de FT solúvel no sobrenadante das culturas, por ELISA; v) liberação de micropartículas expressando FT e fosfatidilserina (FS), por citometria de fluxo. Nossos resultados mostraram que ExoU foi responsável pelo aumento da expressão do mRNA e da concentração da glicoproteína FT tanto nos lisados quanto na superfície celular. Esse aumento foi revertido quando as bactérias foram tratadas com uma droga inibidora de PLA2 (MAFP), comprovando-se a dependência da atividade fosfolipásica A2 de ExoU para a modulação da expressão do FT. Células infectadas pela cepa PA103 induziram uma diminuição no tempo de coagulação do plasma humano normal e o aumento da hidrólise do substrato sintético utilizado no teste colorimétrico em comparação com as células infectadas com a cepa mutante, mostrando que o FT expresso era funcionalmente ativo. Foi também detectado um aumento na concentração de FT solúvel presente nos sobrenadantes de culturas infectadas por PA103 e no número de micropartículas expressando, simultaneamente, FT e FS em relação à cultura infectada pela cepa PA103∆exoU. Os resultados obtidos nos testes in vitro foram validados pela demonstração de que a concentração de FT no parênquima pulmonar de camundongos infectados, por via intratraqueal, com a cepa selvagem foi significativamente superior à detectada nos animais infectados com a cepa mutante. / To evaluate the capacity of the P. aeruginosa toxin ExoU to induce the expression of tissue factor (TF) by epithelial respiratory cells from the BEAS-2B cell line, cells infected with the ExoU-producing PA103 bacterial strain were compared with cells infected with a mutant obtained by deletion of the exoU gene and with control non-infected cells in their i) expression of the TF mRNA, by RT-PCR; ii) expression of the protein TF in cell lisates and surfaces, by enzyme immunoassay (ELISA) and flow cytometry, respectively; iii) procoagulant activity by determining the ability of intact cells to induce the coagulation of normal human plasma and the ability of cell lysates to cleave the synthetic substrate of a chromogenic assay; iv) presence of soluble TF in cell culture supernatants, by ELISA and v) release of microparticles simultaneously expressing TF and phosphatidylserine, by flow cytometry. Cells infected with the wild type bacteria exhibited increased expression of TF mRNA 1 hour after infection and a positive modulation of TF expression in both cell lysates and cell surfaces. The enhancement of TF expression was inhibited when cells were infected with bacteria previously treated with a PLA2 inhibitor (MAFP), confirming that the ability of ExoU to modulate TF expression depended on its phospholipase A2 activity. Newly expressed TF was shown to be functionally active, by both the decrease in the clotting time of human plasma and the enhancement of the hydrolysis of the chromogenic assay substrate. Cells infected with the ExoU-producing bacteria exhibited also higher concentrations of soluble TF and of TF and PS bearing microparticles in the cell culture supernatants. These in vitro results were validated by our finding of increase TF concentrations in the lung parenchyma of mice infected intratracheally with the ExoU producing-bacteria at 24 h post-infection.

Pseudomonas aeruginosa est une bactérie à Gram négatif ubiquitaire, pathogène opportuniste. Elle est la 3ème cause d’infections nosocomiales, notamment chez les immunodéprimés et les grands brûlés. Elle est aussi responsable de la mort de nombreux patients atteints de la mucoviscidose. Sa virulence est largement due à son aptitude à sécréter de nombreuses enzymes dégradatives et toxines, parmi lesquelles la protéine ExoU, sécrétée par le Système de Sécrétion de Type III. ExoU est une phospholipase, de la famille des « patatin-like proteins », dont l’activité est portée par une dyade catalytique Ser-Asp.Mon travail de thèse a permis d’identifier 4 homologues d’ExoU (PlpA, PlpB, PlpC et PlpD) dans le protéome de la souche PAO1 de P. aeruginosa (qui est dépourvu de cette protéine). En étudiant le mode de sécrétion de PlpD, nous avons découvert une nouvelle branche du Système de Sécrétion de Type V (SST5), le SST5d. La protéine représentant ce nouveau système possède un domaine C-terminal transporteur de type TpsB (SST5b), fusionné à un domaine N-terminal patatine sécrété dans le milieu extracellulaire (à l’image d’un autotransporteur, ou SST5a). Ce mode de sécrétion serait un mode dédié à la sécrétion de « patatin-like proteins », comme le suggèrent nos analyses phylogénétiques, à Nous avons en outre démontré que PlpD possède une activité lipase.L’autre protéine étudiée, PlpA, est également sécrétée, bien que nous n’ayons pu établir avec certitude sa voie de transport. Nous avons évalué le rôle de cette protéine lors de l’interaction de P. aeruginosa avec des cellules hôtes de type macrophages et cellules épithéliales. Nous avons observé que cette protéine confère une protection temporaire aux cellules infectées par P. aeruginosa. Ce retard semble être directement imputable à l’activité de la protéine, puisqu’il est dépendant de l’intégrité de la dyade catalytique putative de PlpA / Pseudomonas aeruginosa is an ubiquitous Gram negative bacteria, and efficient opportunistic pathogen. It is the third most common cause of nosocomial infections, most particularly within immunocompromized or burn patients. This pathogen is responsible for the death of numerous cystic fibrosis patients. Its virulence is due mainly to its capacity to secrete numerous degradative enzymes and toxins, among them, ExoU which is secreted via the Type III Secretion System. ExoU is a phospholipase of the patatin-like protein family, and its activity is based on a Ser-Asp catalytic dyad.During my thesis, we identify 4 ExoU homologs (PlpA, PlpB, PlpC, and PlpD) in the proteome of the P. aeruginosa PAO1 strain (this strain does not possess ExoU). Results obtained studying PlpD secretion led us to discover a new branch of the Type V Secretion System (T5SS), the T5dSS. PlpD is composed of a C-terminal TpsB-like transporter domain (like T5bSS), fused to a N-terminal patatin domain which is secreted into the extracellular medium (like autotransporters, or T5aSS). Our phylogenetic analysis suggests that this secretion pathway may be dedicated to the secretion of PLPs, like T5cSS, which secretes only adhesins. Moreover, we demonstrated that PlpD is a lipase.The other studied protein, PlpA, is also a secreted protein, but we still do not know which secretion system is involved in its secretion. We tested the role of PlpA during interaction of P. aeruginosa with host cells by carrying out infections of murin macrophages and epithelial cells. We observed a transitory protection of cells infected with P. aeruginosa. This protection seems to require an active PlpA protein as it is dependent on a intact catalytic dyad in this protein

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / ExoU, uma citotoxina produzida pelo patógeno oportunista Pseudomonas aeruginosa e translocada para o citossol de células hospedeiras via sistema de secreção do tipo III, é associada à gravidade de infecções agudas. Estudos anteriores realizados em nosso laboratório relataram a potente atividade pró-inflamatória de ExoU, responsável por um intenso recrutamento de neutrófilos para o sítio de infecção. No presente trabalho, o efeito de ExoU na modulação da ativação do fator transcricional NF-κB e na regulação da expressão e da secreção da quimiocina para neutrófilos IL-8 foi avaliado em culturas de células epiteliais respiratórias e endoteliais humanas infectadas com a cepa PA103 de P. aeruginosa (produtora de ExoU) ou com a mutante deletada no gene exoU, PA103κexoU. Análises por RT-PCR semi-quantitativo mostraram que a infecção pela cepa produtora de ExoU levou ao aumento dos níveis de mRNA de IL-8, enquanto ensaios de alteração da mobilidade eletroforética (EMSA), supershift e com gene repórter mostraram que ExoU induziu a translocação nuclear do heterodímero transativador p65/p50 de NF-κB e a ativação da transcrição de genes dependente deste fator transcricional. Adicionalmente, o tratamento das culturas celulares com um inibidor de NF-κB antes da infecção bacteriana reduziu significativamente os níveis de mRNA de IL-8 e da secreção desta quimiocina. Em conjunto, estes resultados mostram que ExoU ativa NF-κB e, consequentemente, estimula a expressão e a secreção de IL-8 por células epiteliais respiratórias e células endoteliais infectadas com P. aeruginosa / ExoU, a cytotoxin produced by the opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa that is translocated into host cell cytosol by the type three secretory system, has been associated with severity of acute infections. We have previously described the potent ExoU proinflammatory activity, which accounts for a market recruitment of neutrophils to infected tissues. In this present study, the effect of ExoU on the activation of the transcriptional factor NF-B and on the regulation of the expression and secretion of the chemokine IL-8 was investigated in human epithelial respiratory and endothelial cell cultures infected with the ExoU-producing PA103 P. aeruginosa or with the bacterial mutant with the deletion of the exoU gene PA103exoU. By semi-quantitative RT-PCR, ExoU was shown to significantly increase the expression of IL-8 mRNA. By electrophoretic mobility shift assay (EMSA), supershift and reporter assay ExoU was shown to induce the nuclear translocation of the NF-κB p65/p50 transactivator heterodimer as well as the NF-κB-dependent transcriptional activity. In addition, treatment both the IL-8 mRNA expression and the protein secretion. Together, our results show that ExoU activates NF-B and stimulates IL-8 expression and secretion by P. aeruginosa-infected human epithelial respiratory and endothelial cells

Pseudomonas aeruginosa é um importante agente de pneumonia, particularmente em pacientes submetidos à ventilação mecânica, que pode evoluir para sepse, com elevadas taxas de letalidade. Na sepse, o processo inflamatório sistêmico exacerbado favorece o desequilíbrio entre as vias de coagulação e fibrinólise e a instalação de um estado pró-coagulante, com o aparecimento de trombose microvascular, coagulação intravascular disseminada e falência de múltiplos órgãos. Conhecendo a potente atividade pró-inflamatória da toxina ExoU produzida por P. aeruginosa, decorrente de sua atividade fosfolipásica A2, o objetivo desta tese foi investigar seu potencial de indução de alterações hemostáticas relacionadas à patogênese da sepse. Utilizando modelo de sepse em camundongos inoculados, por via intratraqueal, com suspensões de P. aeruginosa produtora de ExoU (PA103) ou de cepa com deleção do gene exoU, não produtora da toxina, foi mostrado que ExoU determinou maior gravidade da infecção, maior taxa de letalidade, leucopenia, trombocitose, hiperpermeabilidade vascular e transudação plasmática, evidenciadas, respectivamente, pela maior concentração de proteínas nos lavados broncoalveolares (LBAs) e acúmulo do corante Azul de Evans, previamente inoculado nos animais, por via endovenosa, no parênquima renal. ExoU favoreceu, também, a ativação plaquetária, confirmada pela maior concentração de plaquetas expressando P-selectina em sua superfície, maior número de micropartículas derivadas de plaquetas e maior concentração plasmática de tromboxano A2. A histopatologia dos pulmões e rins dos animais infectados com PA103 confirmou a formação de microtrombos, que não foram detectados nos animais controles ou infectados com a cepa mutante. Nos pulmões, a produção de ExoU determinou intensa resposta inflamatória com maior concentração de leucócitos totais e polimorfonucleados, interleucina-6 e fator de necrose tumoral-α nos LBAs. A análise imunohistoquímica mostrou intensa deposição de fibrina nos alvéolos e septos interalveolares. A atividade pró-coagulante dependente do fator tissular detectada nos LBAs dos camundongos infectados com PA103 foi independente da produção do inibidor da via de ativação do fator tissular (TFPI), mas associada ao aumento da produção do inibidor do ativador do plasminogênio-1 (PAI-1). Para investigar a participação do fator de ativação plaquetária (PAF) na liberação de PAI-1, foi pesquisada a atividade da enzima PAF-acetil-hidrolase (PAF-AH) nos LBAs dos camundongos. A atividade de PAF-AH apresentou-se significativamente elevada nos LBA dos camundongos infectados com PA103. O tratamento dos animais com um inibidor do PAF, antes da infecção, resultou na diminuição significativa das concentrações de PAI-1 e de leucócitos totais, bem como da atividade pró-coagulante dos LBAs. In vitro, ExoU induziu maior expressão do RNA mensageiro de PAI-1 e maior liberação da proteína PAI-1 nos sobrenadantes de células epiteliais respiratórias da linhagem A549. O tratamento das células A549 com um anticorpo anti-receptor de PAF, antes da infecção, reduziu significativamente a concentração de PAI-1 nos sobrenadantes de células infectadas com a cepa selvagem. Estes resultados demonstraram um novo mecanismo de virulência de P. aeruginosa através da atividade pró-trombótica de ExoU e a possibilidade de utilização da identificação de ExoU em isolados clínicos de pacientes graves como um marcador prognóstico para estes pacientes. / Pseudomonas aeruginosa is an important agent of pneumonia, mainly in patients undergoing mechanical ventilation, which can progress to sepsis with high mortality rates. In sepsis, the systemic inflammatory process favors exacerbated imbalance between the coagulation and fibrinolysis pathways and the installation of a procoagulant state, leading to microvascular thrombosis, disseminated intravascular coagulation and multiple organ failure. Knowing the powerful proinflammatory activity of the P. aeruginosa toxin ExoU, secondary to its phospholipase A2 activity, the goal of this study was to investigate the ExoU potential to induce hemostatic changes related to sepsis pathogenesis. By using a murine model of pneumosepsis, obtained by the intratracheal injection of suspensions of the ExoU-producing PA103 P. aeruginosa strain or of its isogenic mutant PA103ΔexoU, defective in the toxin synthesis, ExoU was shown to enhance the severity of the infection and to induce higher mice mortality rate as well as leukopenia, thrombocytosis, vascular hyperpermeability and plasma transudation, evidenced, respectively, by the higher protein concentration in the bronchoalveolar lavage fluids (BALF) and accumulation of Evans blue dye, previously intravenous injectioned, in mice renal parenchyma. ExoU also favored platelet activation, evidenced by the higher concentration of platelets expressing P-selectin on their surface, greater number of platelet-derived microparticles and increased plasma concentration of thromboxane A2. Histopathology of the lungs and kidneys of PA103-infected animals confirmed the formation of microthrombi, which were not detected in controls or in animals infected with the bacterial mutant. In lungs, ExoU induced an intense inflammatory response with high concentrations of total and polymorphonuclear leukocytes, interleukin-6 and tumor necrosis factor-α in mice BALF. Immunohistochemical analysis showed intense fibrin deposition in the alveoli and interalveolar septa. The tissue factor-dependent procoagulant activity detected in BALF from PA103-infected mice did not depend on decreased production of tissue factor pathway inhibitor (TFPI) production, but was associated with increased concentration of plasminogen activator inhibitor-1 (PAI-1). To investigate the role of platelet activating factor (PAF) in PAI-1 release, we compared the activity of the enzyme PAF-acetylhydrolase (PAF-AH) in BALF from control and infected mice, and we observed that PAF-AH activity was significantly elevated in BALF from PA103-infected animals. Mice treatment with a PAF inhibitor prior to infection resulted in a significant reduction of PAI-1 concentration, as well as of BALF total leukocytes and procoagulant activity. In vitro, ExoU induced higher expression of PAI-1 m RNA and increased release of PAI-1 protein in supernatants from A549 epithelial respiratory cell cultures. A549 cell treatment with an anti-PAF receptor prior to infection significantly reduced PAI-1 concentration in supernatants from cells infected with the wild type strain. These results show a novel mechanism by which a baterial product can favor a prothrombotic activity and ExoU production by infecting P. aeruginosa isolates may have prognostic implications for patients.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / ExoU, uma citotoxina produzida pelo patógeno oportunista Pseudomonas aeruginosa e translocada para o citossol de células hospedeiras via sistema de secreção do tipo III, é associada à gravidade de infecções agudas. Estudos anteriores realizados em nosso laboratório relataram a potente atividade pró-inflamatória de ExoU, responsável por um intenso recrutamento de neutrófilos para o sítio de infecção. No presente trabalho, o efeito de ExoU na modulação da ativação do fator transcricional NF-κB e na regulação da expressão e da secreção da quimiocina para neutrófilos IL-8 foi avaliado em culturas de células epiteliais respiratórias e endoteliais humanas infectadas com a cepa PA103 de P. aeruginosa (produtora de ExoU) ou com a mutante deletada no gene exoU, PA103κexoU. Análises por RT-PCR semi-quantitativo mostraram que a infecção pela cepa produtora de ExoU levou ao aumento dos níveis de mRNA de IL-8, enquanto ensaios de alteração da mobilidade eletroforética (EMSA), supershift e com gene repórter mostraram que ExoU induziu a translocação nuclear do heterodímero transativador p65/p50 de NF-κB e a ativação da transcrição de genes dependente deste fator transcricional. Adicionalmente, o tratamento das culturas celulares com um inibidor de NF-κB antes da infecção bacteriana reduziu significativamente os níveis de mRNA de IL-8 e da secreção desta quimiocina. Em conjunto, estes resultados mostram que ExoU ativa NF-κB e, consequentemente, estimula a expressão e a secreção de IL-8 por células epiteliais respiratórias e células endoteliais infectadas com P. aeruginosa / ExoU, a cytotoxin produced by the opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa that is translocated into host cell cytosol by the type three secretory system, has been associated with severity of acute infections. We have previously described the potent ExoU proinflammatory activity, which accounts for a market recruitment of neutrophils to infected tissues. In this present study, the effect of ExoU on the activation of the transcriptional factor NF-B and on the regulation of the expression and secretion of the chemokine IL-8 was investigated in human epithelial respiratory and endothelial cell cultures infected with the ExoU-producing PA103 P. aeruginosa or with the bacterial mutant with the deletion of the exoU gene PA103exoU. By semi-quantitative RT-PCR, ExoU was shown to significantly increase the expression of IL-8 mRNA. By electrophoretic mobility shift assay (EMSA), supershift and reporter assay ExoU was shown to induce the nuclear translocation of the NF-κB p65/p50 transactivator heterodimer as well as the NF-κB-dependent transcriptional activity. In addition, treatment both the IL-8 mRNA expression and the protein secretion. Together, our results show that ExoU activates NF-B and stimulates IL-8 expression and secretion by P. aeruginosa-infected human epithelial respiratory and endothelial cells

Pseudomonas aeruginosa é um importante agente de pneumonia, particularmente em pacientes submetidos à ventilação mecânica, que pode evoluir para sepse, com elevadas taxas de letalidade. Na sepse, o processo inflamatório sistêmico exacerbado favorece o desequilíbrio entre as vias de coagulação e fibrinólise e a instalação de um estado pró-coagulante, com o aparecimento de trombose microvascular, coagulação intravascular disseminada e falência de múltiplos órgãos. Conhecendo a potente atividade pró-inflamatória da toxina ExoU produzida por P. aeruginosa, decorrente de sua atividade fosfolipásica A2, o objetivo desta tese foi investigar seu potencial de indução de alterações hemostáticas relacionadas à patogênese da sepse. Utilizando modelo de sepse em camundongos inoculados, por via intratraqueal, com suspensões de P. aeruginosa produtora de ExoU (PA103) ou de cepa com deleção do gene exoU, não produtora da toxina, foi mostrado que ExoU determinou maior gravidade da infecção, maior taxa de letalidade, leucopenia, trombocitose, hiperpermeabilidade vascular e transudação plasmática, evidenciadas, respectivamente, pela maior concentração de proteínas nos lavados broncoalveolares (LBAs) e acúmulo do corante Azul de Evans, previamente inoculado nos animais, por via endovenosa, no parênquima renal. ExoU favoreceu, também, a ativação plaquetária, confirmada pela maior concentração de plaquetas expressando P-selectina em sua superfície, maior número de micropartículas derivadas de plaquetas e maior concentração plasmática de tromboxano A2. A histopatologia dos pulmões e rins dos animais infectados com PA103 confirmou a formação de microtrombos, que não foram detectados nos animais controles ou infectados com a cepa mutante. Nos pulmões, a produção de ExoU determinou intensa resposta inflamatória com maior concentração de leucócitos totais e polimorfonucleados, interleucina-6 e fator de necrose tumoral-α nos LBAs. A análise imunohistoquímica mostrou intensa deposição de fibrina nos alvéolos e septos interalveolares. A atividade pró-coagulante dependente do fator tissular detectada nos LBAs dos camundongos infectados com PA103 foi independente da produção do inibidor da via de ativação do fator tissular (TFPI), mas associada ao aumento da produção do inibidor do ativador do plasminogênio-1 (PAI-1). Para investigar a participação do fator de ativação plaquetária (PAF) na liberação de PAI-1, foi pesquisada a atividade da enzima PAF-acetil-hidrolase (PAF-AH) nos LBAs dos camundongos. A atividade de PAF-AH apresentou-se significativamente elevada nos LBA dos camundongos infectados com PA103. O tratamento dos animais com um inibidor do PAF, antes da infecção, resultou na diminuição significativa das concentrações de PAI-1 e de leucócitos totais, bem como da atividade pró-coagulante dos LBAs. In vitro, ExoU induziu maior expressão do RNA mensageiro de PAI-1 e maior liberação da proteína PAI-1 nos sobrenadantes de células epiteliais respiratórias da linhagem A549. O tratamento das células A549 com um anticorpo anti-receptor de PAF, antes da infecção, reduziu significativamente a concentração de PAI-1 nos sobrenadantes de células infectadas com a cepa selvagem. Estes resultados demonstraram um novo mecanismo de virulência de P. aeruginosa através da atividade pró-trombótica de ExoU e a possibilidade de utilização da identificação de ExoU em isolados clínicos de pacientes graves como um marcador prognóstico para estes pacientes. / Pseudomonas aeruginosa is an important agent of pneumonia, mainly in patients undergoing mechanical ventilation, which can progress to sepsis with high mortality rates. In sepsis, the systemic inflammatory process favors exacerbated imbalance between the coagulation and fibrinolysis pathways and the installation of a procoagulant state, leading to microvascular thrombosis, disseminated intravascular coagulation and multiple organ failure. Knowing the powerful proinflammatory activity of the P. aeruginosa toxin ExoU, secondary to its phospholipase A2 activity, the goal of this study was to investigate the ExoU potential to induce hemostatic changes related to sepsis pathogenesis. By using a murine model of pneumosepsis, obtained by the intratracheal injection of suspensions of the ExoU-producing PA103 P. aeruginosa strain or of its isogenic mutant PA103ΔexoU, defective in the toxin synthesis, ExoU was shown to enhance the severity of the infection and to induce higher mice mortality rate as well as leukopenia, thrombocytosis, vascular hyperpermeability and plasma transudation, evidenced, respectively, by the higher protein concentration in the bronchoalveolar lavage fluids (BALF) and accumulation of Evans blue dye, previously intravenous injectioned, in mice renal parenchyma. ExoU also favored platelet activation, evidenced by the higher concentration of platelets expressing P-selectin on their surface, greater number of platelet-derived microparticles and increased plasma concentration of thromboxane A2. Histopathology of the lungs and kidneys of PA103-infected animals confirmed the formation of microthrombi, which were not detected in controls or in animals infected with the bacterial mutant. In lungs, ExoU induced an intense inflammatory response with high concentrations of total and polymorphonuclear leukocytes, interleukin-6 and tumor necrosis factor-α in mice BALF. Immunohistochemical analysis showed intense fibrin deposition in the alveoli and interalveolar septa. The tissue factor-dependent procoagulant activity detected in BALF from PA103-infected mice did not depend on decreased production of tissue factor pathway inhibitor (TFPI) production, but was associated with increased concentration of plasminogen activator inhibitor-1 (PAI-1). To investigate the role of platelet activating factor (PAF) in PAI-1 release, we compared the activity of the enzyme PAF-acetylhydrolase (PAF-AH) in BALF from control and infected mice, and we observed that PAF-AH activity was significantly elevated in BALF from PA103-infected animals. Mice treatment with a PAF inhibitor prior to infection resulted in a significant reduction of PAI-1 concentration, as well as of BALF total leukocytes and procoagulant activity. In vitro, ExoU induced higher expression of PAI-1 m RNA and increased release of PAI-1 protein in supernatants from A549 epithelial respiratory cell cultures. A549 cell treatment with an anti-PAF receptor prior to infection significantly reduced PAI-1 concentration in supernatants from cells infected with the wild type strain. These results show a novel mechanism by which a baterial product can favor a prothrombotic activity and ExoU production by infecting P. aeruginosa isolates may have prognostic implications for patients.