Structural Conservation, Variability, and Immunogenicity of the T6 Backbone Pilin of Serotype M6 Streptococcus pyogenes

Abstract

e Group A streptococcus (GAS; Streptococcus pyogenes) is a Gram-positive human pathogen that causes a broad range of diseases ranging from acute pharyngitis to the poststreptococcal sequelae of acute rheumatic fever. GAS pili are highly diverse, long protein polymers that extend from the cell surface. They have multiple roles in infection and are promising candidates for vaccine development. This study describes the structure of the T6 backbone pilin (BP; Lancefield T-antigen) from the important M6 serotype. The structure reveals a modular arrangement of three tandem immunoglobulin-like domains, two with internal isopeptide bonds. The T6 pilin lysine, essential for polymerization, is located in a novel VAKS motif that is structurally homologous to the canonical YPKN pilin lysine in other three-and four-domain Gram-positive pilins. The T6 structure also highlights a conserved pilin core whose surface is decorated with highly variable loops and extensions. Comparison to other Gram-positive BPs shows that many of the largest variable extensions are found in conserved locations. Studies with sera from patients diagnosed with GAS-associated acute rheumatic fever showed that each of the three T6 domains, and the largest of the variable extensions (V8), are targeted by IgG during infection in vivo. Although the GAS BP show large variations in size and sequence, the modular nature of the pilus proteins revealed by the T6 structure may aid the future design of a pilus-based vaccine.

Tissue tropisms in group A Streptococcus

“…Classical throat and skin strains [3] were recognized as such based on their M protein serotype, defined by the N-terminal amino acid sequence at the tips of the M protein cell surface fibril [4]. Some 20 years ago a nucleotide-based typing scheme arose based on the extreme 5′ end of the emm gene, with more than 230 emm types characterized to date [5,6].…”

“…A signature feature of GAS pili is that the backbone and accessory pilin proteins spontaneously form covalent intramolecular isopeptide bonds promoting mechanical stabilization to counteract the shearing forces that occur during bacterial adherence to the host epithelium [49–55]. A more recent, major advance lies in the finding that internal thioester bond formation leads to covalent linkage of GAS adhesins to host ligands, whereby GAS adhesins act as ‘chemical harpoons’ [53,56,57▪,58▪▪,59].…”

Fisiopatología de la sepsis por gram positivos

“…En el caso del Streptococcus pyogenes del grupo A, asociado a un amplio rango de enfermedades que van desde impétigo, faringitis aguda y sus secuelas como son la fi ebre reumática postestreptococica, enfermedad cardiaca reumática y la glomerulonefritis aguda, hasta enfermedades invasivas como fascitis necrotizante y síndrome de shock tóxico estreptocócico muchas capaces de cursar con cuadros sépticos severos (10,11); se reconoce que es capaz de producir gran variedad de factores de virulencia, más que muchos otros patógenos; que participan en su adhesión y colonización haciendo de este un patógeno exitoso. Dentro de estos se encuentran las estreptolisinas, estreptocinasas, proteinasas, esterasas, inhibidor del complemento, superoxido dismutasa, hialuronidasas, el petidoglicano, el ácido teicoico, y en especial el amplio número de pilis que exhiben en su superfi cie y la proteína M de superfi cie celular (Figura 2) (11,12).…”

“…Esta estructura es altamente variable en esta especie y hoy se sabe que constituye el blanco del sistema de clasifi cación de Lancefi eld empleado por mucho tiempo para subclasifi car a estas bacterias; adicionalmente se sabe que esta estructura es codifi cada en la región altamente variable de su genoma, el locus codifi cador del antígeno T, proteína de unión a colágeno y fi bronectina (FCT del inglés), en la que también es codificado el antígeno T6 y las adhesinas de superfi cie que confi eren a este microorganismo la capacidad de unirse al colágeno humano y la fi bronectina y participa activamente en su patogénesis facilitando su adhesión a nivel del epitelio faríngeo y de los queratinocitos, especialmente las AP-1. Aunque se desconoce el receptor específi co de esta estructura, se cree que es a través de regiones conservadas del colágeno tipo I, la glicoproteina de la saliva gp340, y se ha asociado a casos de cepas con hipervirulencia que promueven el reclutamiento de neutrófi los, formación de trampas extracelulares de neutrófi los (del inglés NETs) y participan en el progreso hacia sepsis asociada a este microorganismo (11,13,14).…”

“…Se sabe que en su estructura consta de 4 secuencias repetidas, la A con 14 aa, la B con 25 aa, la C con 2.5 bloques de 42 aa cada uno y la D que en realidad son cuatro pequeñas repeticiones similares entre sí y que su anclaje a la pared celular se da a través del extremo C-terminal en el que se ha identificado una secuencia común denominada LPXTG la cual es compartida con otras proteínas de superfi cie estreptocóci-ca (11,15).…”