Characterization of Staphylococcus aureus mediated inhibition of IAV-induced type I IFN signalling

Abstract

Viral and bacterial infections act in concert, when both are present in the lower respiratory tract. This cooperation turns them into a bigger threat and, consequently, one of the highest causes of global mortality. Influenza A viruses (IAV) and Staphylococcus aureus (S. aureus) are among the most common examples and considering the nowadays problematic multi-drug-resistant S. aureus strains, co-infections are a major medical concern. Since both pathogens manipulate certain cellular signalling pathways for own purposes during internalisation, replication or to elude the immune system, these molecular cascades are widely studied to unravel new therapeutic approaches. Targeting cellular factors will prevent the direct action on the pathogens and avoid resistances build-up, which brings future complications and a “loop” in medicine research. Within the present work, it could be shown that S. aureus capacity to inhibit the JAK-STAT pathway depends on the challenged strain as we clearly saw no effect provoked by S. aureus LS1. On the contrary, S. aureus SH1000 reveals similar effectiveness on the inhibition of type I IFN-mediated signalling to the S. aureus 6850 strain. As a matter of fact, not only S. aureus SH1000 wt strain displayed this mechanism but also several mutants, which differed in expression of important virulence regulators of the bacteria. Additionally, one of the mutants (Δagr) presents a more impactful outcome on the interferon stimulated gene (ISG) transcription, which is supported by an almost total impairment of the STAT1-STAT2 dimerization. Moreover, we also show contrasting internalisation efficacy of the S. aureus SH1000 ΔsigB, Δagr, ΔsarA and Δagr+ΔsarA mutant strains in comparison to the S. aureus SH1000 wt strain. However, as it’s possible to acknowledge their inferior capacity to infect, their ability to cause immune response inhibition doesn’t get affected. Ultimately, we pave the way for the next research studies as the hypothesis of a S. aureus toxin-mediated inhibition is weakened and a bacterial structural protein premise is strengthened. Ultimately, with the data we detain on this subject, a future pairing with more sensitive and precise methods, such as mass spectrometry-based proteomics, will provide more conclusive results.

A cooperação viral e bacteriana, durante o curso de infeção do trato respiratório inferior, revela-se uma ameaça preocupante para a saúde pública, sendo uma das maiores causas de mortalidade à escala global. O vírus Influenza A e Staphylococcus aureus (S. aureus) estão entre os mais comuns exemplos e, considerando os problemas atuais com estirpes de S. aureus multi-resistentes a antibióticos de última linha, co-infeções são uma grande preocupação da medicina atual. Dado que ambos os patogénicos manipulam certas vias de sinalização celular com vista aos seus próprios objetivos de internalização, replicação, assim como, evasão do sistema imunitário, estas cascatas moleculares são amplamente estudadas para desvendar novas soluções terapêuticas. A escolha desta abordagem previne a ação direta nos patogénicos e, consequentemente, a acumulação de resistências que suscitam complicações e um círculo vicioso na investigação médica. Neste trabalho, foi demonstrado que a capacidade de S. aureus inibir a via JAK-STAT depende da estirpe utilizada, visto que não se verificou qualquer efeito provocado por S. aureus LS1. Em sentido oposto, S. aureus SH1000 apresenta uma eficácia similar à estirpe S. aureus 6850 na inibição da sinalização mediada via IFN tipo I. Inclusivamente, além de S. aureus SH1000 wt, um impacto semelhante deste mecanismo foi revelado por diversos mutantes. Um dos mutantes (Δagr), que diferem na expressão de importantes reguladores de virulência da bactéria, assinala um efeito ainda mais acentuado na transcrição de genes estimulados pelo IFN. Estes dados são suportados por um bloqueio quase total da dimerização entre STAT1 e STAT2. Além disso, uma eficácia de internalização contrastante das estirpes mutantes S. aureus SH1000 ΔsigB, Δagr, ΔsarA and Δagr+ΔsarA em relação à estirpe S. aureus SH1000 wt é notória. No entanto, é possível compreender que a capacidade inferior de infetar as células por parte dos mutantes não afeta a sua capacidade de inibir a resposta do sistema imunitário. Em última análise, este trabalho permite traçar um caminho para futuros projetos à medida que a hipótese de uma inibição mediada por toxinas de S. aureus fica enfraquecida e a conjetura de o efeito ser provocado por uma proteína estrutural bacteriana é fortalecida. Com os dados obtidos, uma futura junção com métodos mais sensíveis e precisos, como a espectrometria de massa baseada na proteómica, possibilitará alcançar resultados mais conclusivos.