CNF1 Exploits the Ubiquitin-Proteasome Machinery to Restrict Rho GTPase Activation for Bacterial Host Cell Invasion

Abstract

CNF1 toxin is a virulence factor produced by uropathogenic Escherichia coli. Upon cell binding and introduction into the cytosol, CNF1 deamidates glutamine 63 of RhoA (or 61 of Rac and Cdc42), rendering constitutively active these GTPases. Unexpectedly, we measured in bladder cells a transient CNF1-induced activation of Rho GTPases, maximal for Rac. Deactivation of Rac correlated with the increased susceptibility of its deamidated form to ubiquitin/proteasome-mediated degradation. Sensitivity to ubiquitylation could be generalized to other permanent-activated forms of Rac and to its sustained activation by Dbl. Degradation of the toxin-activated Rac allowed both host cell motility and efficient cell invasion by uropathogenic bacteria. CNF1 toxicity thus results from a restricted activation of Rho GTPases through hijacking the host cell proteasomal machinery.

Cytotoxic Necrotizing Factor 1 Prevents Apoptosis via the Akt/IκB Kinase Pathway: Role of Nuclear Factor-κB and Bcl-2

“…The glutamine residue modified by CNF1 lies in the switch 2 domain of Rho proteins, which is involved in GTP hydrolysis; thus, the modification exerted by CNF1 blocks the Rho GTPases in their GTP-bound activated state. Very high levels of activated Rho GTPases are recognized by cells that ubiquitinate and degrade them to more physiological levels (Doye et al, 2002). Although Rho, Rac and Cdc42 are mainly involved in the actin cytoskeleton organization (Hall, 1998), it is known that these proteins are also involved in a huge number of other cellular processes, such as gene transcription, cell proliferation, and survival.…”

Rac1 est la cible de l’activité E3 ubiquitine-ligase du suppresseur de tumeur HACE1

“…Il est apparu, il y a quelques années, que les GTPases Rho et leur état d'activation étaient également contrôlés par un processus d'ubiquitinylation dégrada-tive [4,5]. Cette découverte repose sur l'étude de la toxine bactérienne CNF1, produite par des souches d'E.…”

“…Cette découverte repose sur l'étude de la toxine bactérienne CNF1, produite par des souches d'E. coli uropathogènes, agents responsables de cystites, de pyélonéphrites, et fréquemment de bactériémies [5]. CNF1 se fixe sur un récepteur à la surface des cellules pour pénétrer dans les compartiments intracellulaires à partir desquels elle transfère son domaine enzymatique dans le cytoplasme.…”

Connexines

“…Cependant, la persistance de quelques cellules bêta fonctionnelles chez des patients ayant un diabète de longue durée [2] suggère une hétérogénéité des cellules bêta [3], certaines d'entre elles étant capables de résister aux attaques auto-immunes (diabète de type 1) et aux défauts génétiques et métaboliques (diabète de type 2 et MODY) qui altèrent la plupart des autres cellules bêta au début de la maladie diabétique. Pour expliquer une telle résistance, nous avons émis l'hypothèse que les connexines [4,5] -des protéines intégrales de la membrane cellulaire -qui forment les canaux des jonctions communicantes de type gap, pouvaient être impliquées. En effet, ces protéines forment des canaux intercellulaires qui peuvent compenser des différences métaboliques et fonctionnelles entre cellules hétérogènes, en les « couplant » tant du point de vue électrique (par des échanges intercellulaires d'ions) et métabolique (par des échanges intercellulaires de métabolites et second messagers) [3][4][5].…”

“…Pour expliquer une telle résistance, nous avons émis l'hypothèse que les connexines [4,5] -des protéines intégrales de la membrane cellulaire -qui forment les canaux des jonctions communicantes de type gap, pouvaient être impliquées. En effet, ces protéines forment des canaux intercellulaires qui peuvent compenser des différences métaboliques et fonctionnelles entre cellules hétérogènes, en les « couplant » tant du point de vue électrique (par des échanges intercellulaires d'ions) et métabolique (par des échanges intercellulaires de métabolites et second messagers) [3][4][5].…”