Complement modulation properties of Klebsiella Pneumoniae
Translated title
Komplement modulerende egenskaber hos Klebsiella pneumoniae
Author
Thomsen, Mikkel Eggert
Term
4. term
Publication year
2019
Pages
36
Abstract
Klebsiella pneumoniae er en bakterie, der giver anledning til stor bekymring, især fordi multiresistente stammer forårsager alvorlige blodinfektioner med stigende dødelighed. For at udvikle nye behandlinger er det vigtigt at forstå, hvordan vores immunforsvar, især komplementsystemet (en del af det medfødte immunforsvar, der mærker og dræber bakterier), bekæmper bakterier. I dette studie undersøgte vi, hvordan K. pneumoniae undgår komplementsystemets første forsvarslinje. Vi brugte tandem massespektrometri (MS), en ny proteomik-metode hvor N-terminer acetyleres for at følge komplementsystemets proteolytiske kaskade, samt immunoelektronmikroskopi (IEM). To kliniske stammer blev analyseret: én serumresistent (391) og én serumsensitiv (688), for at teste om menneskets komplementregulatorer medvirker til serumresistens. Vi fandt, at C3 blev afsat i samme omfang på begge stammer, men på 391 udelukkende i den beskyttende kapsel (en sukkerholdig kappe), hvor C3 hurtigt blev inaktiveret til iC3b, uafhængigt af faktor H (en menneskelig komplementregulator). Trods den hurtige inaktivering blev alle komponenter af membranangrebskomplekset (MAC, et pore-dannende kompleks der kan sprænge bakteriers membran) samlet på 391, men i markant lavere mængder end på 688. MS viste den højeste mængde af clusterin på 391, men IEM lokaliserede clusterin kun yderst i kapslens periferi; derfor kan clusterins hæmning af MAC-indsættelse i den ydre membran ikke forklare 391’s serumresistens. IEM viste desuden, at kapslen på 391 blev delvist eller helt afstødt, så en underliggende overflade uden binding af komplementkomponenter blev blotlagt. Calprotectin, et metal-sekvestrerende protein med antimikrobielle egenskaber, blev fundet i høj mængde på 391. Dets tilknytning til K. pneumoniae er en ny observation, og betydningen er uklar; hos Helicobacter pylori kan calprotectin dog inducere ændringer i lipid A, påvirke overfladeladning og fremme biofilm. Yderligere tegn på forskellig overfladeladning mellem stammerne kom fra fund af proteiner på 688, der binder til negativt ladede overflader, herunder plasminogen, faktor V og properdin. Vi så også tegn på en ikke-kanonisk C3-konvertase på 688, der involverede properdin, hydrolyseret C3 (C3(H2O)) og faktor B. Samlet set fandt vi ikke bevis for, at udnyttelse af menneskelige komplementregulatorer forklarer 391’s serumresistens. Resultaterne peger i stedet på ændret overfladeladning og kapselombygning (herunder afstødning) som mulige forklaringer. Studiet bekræfter desuden, at N-terminal acetylering i proteomik er et stærkt værktøj til at følge komplementsystemets aktivering. Der er behov for yderligere studier for at teste hypotesen om overfladeladning, klarlægge calprotectins rolle i serumresistens hos K. pneumoniae og vurdere betydningen af C3(H2O)-afhængige konvertaser.
Klebsiella pneumoniae is a major cause for concern, especially as multidrug-resistant strains are driving severe bloodstream infections with rising mortality. To develop new treatments, we need a clearer picture of how our immune system—particularly the complement system, which tags and kills bacteria—defends against this pathogen. This study examined how K. pneumoniae evades complement as a first line of defense. We used tandem mass spectrometry (MS), a new proteomics approach that acetylates peptide N-termini to trace the complement proteolytic cascade, and immunoelectron microscopy (IEM). Two clinical isolates were analyzed: one serum-resistant (391) and one serum-sensitive (688), to test whether human complement regulators contribute to serum resistance. We found that C3 deposited equally on both isolates, but on 391 it was confined to the protective capsule (a sugar-rich coat) and rapidly inactivated to iC3b in a Factor H–independent manner. Despite this rapid inactivation, all components of the membrane attack complex (MAC, a pore-forming structure that can lyse bacteria) were detected on 391, but at much lower abundance than on 688. Clusterin was most abundant on 391 by MS, yet IEM localized clusterin only at the outer edge of the capsule; thus clusterin’s inhibition of MAC insertion into the outer membrane cannot explain 391’s serum resistance. IEM also showed partial or complete shedding of the capsule on 391, exposing an underlying surface that did not bind complement components. Calprotectin, a metal-sequestering antimicrobial protein, was detected at high levels on 391. Its association with K. pneumoniae is a novel finding and its role here is unclear; in Helicobacter pylori, calprotectin can induce lipid A modifications, alter surface charge, and promote biofilm formation. Additional evidence for different surface charge between isolates came from proteins found on 688 that typically bind negatively charged surfaces, including plasminogen, Factor V, and properdin. We also observed evidence consistent with a noncanonical C3 convertase on 688 involving properdin, hydrolyzed C3 (C3(H2O)), and Factor B. Overall, we found no support for the idea that exploitation of human complement regulatory proteins explains 391’s serum resistance. Instead, the data point to altered surface charge and capsule remodeling (including shedding) as plausible mechanisms. The study also validates N-terminal acetylation proteomics as a powerful way to track complement activation. Further work is needed to test the surface charge hypothesis, clarify calprotectin’s role in K. pneumoniae serum resistance, and assess the importance of C3(H2O)-dependent convertases.
[This abstract was generated with the help of AI]
Documents