1. Fluorescent secreted bacterial effectors reveal active intravacuolar proliferation of Listeria monocytogenes in epithelial cells
- Author
-
Peron Cane, Caroline, Carlos Fernandez, José, Leblanc, Julien, Wingertsmann, Laure, Gautier, Arnaud, Desprat, Nicolas, Lebreton, Alice, Institut de biologie de l'ENS Paris (IBENS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Département de Biologie - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Laboratoire de physique de l'ENS - ENS Paris (LPENS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-Sorbonne Université (SU)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), Laboratoire des biomolécules (LBM UMR 7203), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Département de Chimie - ENS Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Chimie Moléculaire de Paris Centre (FR 2769), Institut de Chimie du CNRS (INC)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Institut Universitaire de France (IUF), Ministère de l'Education nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche (M.E.N.E.S.R.), Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7), ABCD : Biophysique des Biomolécules, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-Sorbonne Université (SU)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), ATIP-Avenir, Amorçage de jeune équipe de la Fondation pour la Recherche Médicale (FRM-AJE20131128944), Programme Émergences – Recherche médicale de la Mairie de Paris, ANR-10-IDEX-0001,PSL,Paris Sciences et Lettres(2010), Département de Biologie - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Département de Physique de l'ENS-PSL, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Chimie Moléculaire de Paris Centre (FR 2769), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département de Chimie - ENS Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Département de Physique de l'ENS-PSL, Lebreton, Alice, Initiative d'excellence - Paris Sciences et Lettres - - PSL2010 - ANR-10-IDEX-0001 - IDEX - VALID, Institut de biologie de l'ENS Paris (UMR 8197/1024) (IBENS), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Laboratoire de physique de l'ENS - ENS Paris (LPENS (UMR_8023)), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP), and Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
- Subjects
Physiology ,Secretion Systems ,[SDV.BC.BC]Life Sciences [q-bio]/Cellular Biology/Subcellular Processes [q-bio.SC] ,Pathology and Laboratory Medicine ,[SDV.BBM.BM] Life Sciences [q-bio]/Biochemistry, Molecular Biology/Molecular biology ,Epithelium ,Hemolysin Proteins ,Cytosol ,Bacterial secretion ,Animal Cells ,Phagosomes ,Microbial Physiology ,Medicine and Health Sciences ,Listeriosis ,Intravacuolar life ,Bacterial Physiology ,Biology (General) ,Heat-Shock Proteins ,Virulence factors ,Bacterial Pathogens ,[SDV.BBM.BP]Life Sciences [q-bio]/Biochemistry, Molecular Biology/Biophysics ,Intracellular Pathogens ,Medical Microbiology ,Cellular Structures and Organelles ,Pathogens ,Cellular Types ,Anatomy ,Research Article ,Listeria ,Imaging Techniques ,QH301-705.5 ,Bacterial Toxins ,[SDV.BBM.BP] Life Sciences [q-bio]/Biochemistry, Molecular Biology/Biophysics ,Research and Analysis Methods ,Microbiology ,Cell Line ,Bacterial Proteins ,Fluorescence Imaging ,[SDV.BC.BC] Life Sciences [q-bio]/Cellular Biology/Subcellular Processes [q-bio.SC] ,Humans ,Live cell imaging ,Microbial Pathogens ,Secretion ,Cell Proliferation ,Fluorescent Dyes ,Bacteria ,Host-pathogen interactions ,Macrophages ,Organisms ,Biology and Life Sciences ,Epithelial Cells ,Bacteriology ,[SDV.BBM.BM]Life Sciences [q-bio]/Biochemistry, Molecular Biology/Molecular biology ,Cell Biology ,RC581-607 ,Listeria monocytogenes ,[SDV.MP.BAC]Life Sciences [q-bio]/Microbiology and Parasitology/Bacteriology ,Biological Tissue ,Vacuoles ,Pore-forming toxin ,Caco-2 Cells ,Immunologic diseases. Allergy ,[SDV.MP.BAC] Life Sciences [q-bio]/Microbiology and Parasitology/Bacteriology ,Physiological Processes - Abstract
Real-time imaging of bacterial virulence factor dynamics is hampered by the limited number of fluorescent tools suitable for tagging secreted effectors. Here, we demonstrated that the fluorogenic reporter FAST could be used to tag secreted proteins, and we implemented it to monitor infection dynamics in epithelial cells exposed to the human pathogen Listeria monocytogenes (Lm). By tracking individual FAST-labelled vacuoles after Lm internalisation into cells, we unveiled the heterogeneity of residence time inside entry vacuoles. Although half of the bacterial population escaped within 13 minutes after entry, 12% of bacteria remained entrapped over an hour inside long term vacuoles, and sometimes much longer, regardless of the secretion of the pore-forming toxin listeriolysin O (LLO). We imaged LLO-FAST in these long-term vacuoles, and showed that LLO enabled Lm to proliferate inside these compartments, reminiscent of what had been previously observed for Spacious Listeria-containing phagosomes (SLAPs). Unexpectedly, inside epithelial SLAP-like vacuoles (eSLAPs), Lm proliferated as fast as in the host cytosol. eSLAPs thus constitute an alternative replication niche in epithelial cells that might promote the colonization of host tissues., Author summary Bacterial pathogens secrete virulence factors to subvert their hosts; however, monitoring bacterial secretion in real-time remains challenging. Here, we developed a convenient method that enabled fluorescent imaging of secreted proteins in live microscopy, and applied it to the human pathogen Listeria monocytogenes. Listeria has been described to invade cells and proliferate in their cytosol; it is first internalized inside vacuoles, from where it escapes thanks to the secretion of virulence factors that disrupt membranes. Our work revealed the existence, in human epithelial cells, of a population of Listeria that failed to escape vacuoles but instead multiplied efficiently therein, despite—and in fact, thanks to—the active secretion of a toxin that permeates membranes. This intravacuolar niche may provide Listeria with an alternative strategy to colonize its host.
- Published
- 2020