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Staphylococcus aureus second immunoglobulin-binding protein drives atopic dermatitis via IL-33 - 05/04/21

Doi : 10.1016/j.jaci.2020.09.023 
Arwa Al Kindi, PhD a, , Helen Williams, PhD a, , Kenshiro Matsuda, PhD b, Abdullah M. Alkahtani, PhD c, Charis Saville, PhD a, Hayley Bennett, PhD d, Yasmine Alshammari, MSc a, Soo Y. Tan, PhD e, Catherine O’Neill, PhD f, Akane Tanaka, DVM, PhD g, Hiroshi Matsuda, DVM, PhD h, Peter D. Arkwright, MD, PhD a, , , Joanne L. Pennock, PhD a,
a Lydia Becker Institute of Immunology and Inflammation, University of Manchester, Manchester, United Kingdom 
b Center for Innovative Drug Discovery, University of Tsukuba, Tsukuba, Japan 
c Department of Medicine, Microbiology and Parasitology, King Khalid University, Abha, Saudi Arabia 
d Genome Editing Unit, University of Manchester, Manchester, United Kingdom 
e National University Health System, Singapore 
f Division of Dermatological and Musculoskeletal Sciences, University of Manchester, Manchester, United Kingdom 
g Laboratory of Comparative Animal Medicine, Tokyo University of Agriculture & Technology, Tokyo, Japan 
h Laboratory of Veterinary Molecular Pathology and Therapeutics, Tokyo University of Agriculture & Technology, Tokyo, Japan 

Corresponding author: Peter D. Arkwright, MD, PhD, Lydia Becker Institute of Immunology & Inflammation, University of Manchester, Room 2.21, Core Technology Facility, 46 Grafton St, Manchester M13 9NT, United Kingdom.Lydia Becker Institute of Immunology & InflammationUniversity of ManchesterRoom 2.21Core Technology Facility46 Grafton StManchesterM13 9NTUnited Kingdom

Abstract

Background

Staphylococcus aureus is the dominant infective trigger of atopic dermatitis (AD). How this bacterium drives type 2 allergic pathology in the absence of infection in patients with AD is unclear.

Objective

We sought to identify the S aureus–derived virulence factor(s) that initiates the cutaneous type 2–promoting immune response responsible for AD.

Methods

In vitro human keratinocyte cell culture, ex vivo human skin organ explants, and the eczema-prone Nishiki-nezumi Cinnamon/Tokyo University of Agriculture and Technology strain mouse were used as model systems to assess type 2–promoting immune responses to S aureus. Identification of the bioactive factor was accomplished using fast protein liquid chromatography and mass spectrometry. Bioactivity was confirmed by cloning and expression in an Escherichia coli vector system, and S aureus second immunoglobulin-binding protein (Sbi) mutant strains confirming loss of activity.

Results

S aureus was unique among staphylococcal species in its ability to induce the rapid release of constitutive IL-33 from human keratinocytes independent of the Toll-like receptor pathway. Using the eczema-prone Nishiki-nezumi Cinnamon/Tokyo University of Agriculture and Technology strain mouse model, we showed that IL-33 was essential for inducing the immune response to S aureus in vivo. By fractionation and candidate testing, we identified Sbi as the predominant staphylococcus-derived virulence factor that directly drives IL-33 release from human keratinocytes. Immunohistology of skin demonstrated that corneodesmosin, a component of corneodesmosomes that form key intercellular adhesive structures in the stratum corneum, was disrupted, resulting in reduction of skin barrier function.

Conclusions

S aureus–derived Sbi is a unique type 2–promoting virulence factor capable of initiating the type 2–promoting cytokine activity underlying AD.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Key words : Staphylococcus aureus, atopic dermatitis, second immunoglobulin-binding protein, Sbi, virulence factor, skin, keratinocytes, IL-33, TSLP, type 2 immune response

Abbreviations used : AD, CDSN, CFU, DSC-1, DSG-1, FPLC, FSA, FSE, LiSA, NC/Tnd, NHEK, PDHa, Sbi, siRNA, Spl, TEWL, TLR, TSLP


Plan


 This research was supported by the LEO Foundation (project grant no. LF16080). A.A.K. received a scholarship from the Government of the Sultanate of Oman. The Grant-in-Aid for Scientific Research grants Start-up number 17H06669 (to K.M.), S #16H06383 (to H.M.), and A #19H00969 and Fostering Joint International Research B #18KK0191 (to A.T.) were provided by the Japan Society for the Promotion of Science. The University of Manchester flow cytometry core facility-flow cytometers used in this study were purchased with grants from Biotechnology & Biological Sciences Research Council (BBSRC), Wellcome, and the University of Manchester Strategic Fund.
 Disclosure of potential conflict of interest: The authors declare that they have no relevant conflicts of interest.


© 2020  American Academy of Allergy, Asthma & Immunology. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
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Vol 147 - N° 4

P. 1354 - avril 2021 Retour au numéro
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  • Astrocytic STAT3 activation and chronic itch require IP3R1/TRPC-dependent Ca2+ signals in mice
  • Miho Shiratori-Hayashi, Chiharu Yamaguchi, Kazushi Eguchi, Yuto Shiraishi, Keita Kohno, Katsuhiko Mikoshiba, Kazuhide Inoue, Motohiro Nishida, Makoto Tsuda
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  • Mild atopic dermatitis lacks systemic inflammation and shows reduced nonlesional skin abnormalities
  • Helen He, Ester Del Duca, Aisleen Diaz, Hyun Je Kim, Jesús Gay-Mimbrera, Ning Zhang, Jianni Wu, Jessica Beaziz, Yeriel Estrada, James G. Krueger, Ana B. Pavel, Juan Ruano, Emma Guttman-Yassky

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