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Abstract

Staphylococcal exfoliative toxins are known to digest desmoglein (Dsg) 1, a desmosomal cell–cell adhesion molecule, thus causing intraepidermal splitting in human bullous impetigo, staphylococcal scalded skin syndrome and swine exudative epidermitis. Recently, a novel exfoliative toxin gene (exi), whose sequence shares significant homology with previously identified exfoliative toxins, was isolated from Staphylococcus pseudintermedius. Little is known about the pathogenic involvement of this toxin in canine pustular diseases such as impetigo. The aim of this study was to determine whether EXI, the product of the exi gene, digests canine Dsg1 and causes intraepidermal splitting in canine skin. An exi gene was isolated from chromosomal DNA of an S. pseudintermedius strain obtained from a pustule of a dog with impetigo, and was used to produce a recombinant EXI by Escherichia coli expression. When purified recombinant EXI was injected intradermally into normal dogs, it caused the development of vesicles or erosions with superficial epidermal splitting. In addition, the EXI abolished immunofluorescence for Dsg1, but not for Dsg3, at the injection sites. Moreover, the EXI directly degraded baculovirus-secreted recombinant extracellular domains of canine Dsg1, but not that of canine Dsg3, in vitro. The EXI also degraded mouse Dsg1α and swine Dsg1, but not human Dsg1, mouse Dsg1β and Dsg1γ. Conversely, recombinant SIET, previously designated as S. intermedius exfoliative toxin, did not cause intraepidermal splitting or degradation of any Dsgs. These findings indicate that EXI has a proteolytic activity that digests canine Dsg1, and this characteristic might be involved in the pathogenesis of intraepidermal splitting in canine impetigo.

Résumé

Les toxines exfoliatives staphylococciques sont connues pour digérer la desmogléine (Dsg) 1, molécule d’adhésion intercellulaire, entrainant ainsi un clivage intra épidermique dans l’impétigo bulleux de l’homme, le “staphylococcal scalded-skin syndrome” et la dermatite exsudative porcine. Récemment, un nouveau gène de toxine exfoliative (exi), dont la séquence partage une homologie significative avec les toxines exfoliatives précédemment identifiées, a été isoléà partir de Staphylococcus pseudintermedius. Peu de choses sont connues sur le rôle pathogénique de cette toxine dans les maladies pustuleuses canines telle que l’impétigo. L’objectif de cette étude était de déterminer si EXI, le produit du gène exi, digère la Dsg1 canine et entraine un clivage intra-épidermique dans la peau canine. Un gène exi a été isoléà partir de l’ADN d’une souche de S. pseudintermedius prélevé d’une pustule de chien atteint d’impétigo et a été utilisé pour produire un recombinant EXI par l’expression d’Escherichia coli. Lorsque le recombinant purifié a été injecté en intradermique à des chiens normaux, il a causé le développement de vésicules ou d’érosions avec clivage épidermique superficiel. De plus, EXI a aboli l’immunofluorescence pour Dsg1, mais pas pour Dsg3, aux sites d’injections. En outre, EXI a dégradé directement les domaines extracellulaires sécrétés par les baculovirus de Dsg1 canine, mais pas ceux de Dsg3 canine in vitro. EXI a également dégradé Dsg1α de souris et Dsg1 porcine, mais pas Dsg1 humaine, Dsg1 β et Dsg1γ murines. Inversement, SIET recombinant, précédemment présentée comme une toxine exfoliative de S. intermedius, ne causait pas de clivage intra épidermique ou de dégradation d’aucune des Dsg. Ces données indiquent que EXI a une activité protéolytique qui digère la Dsg1 canine et cette caractéristique pourrait être impliquée dans la pathogénie du clivage intra-épidermique de l’impétigo canin.

Resumen

Las toxinas estafilocicas exfoliativas digieren la desmogleina-1 (Dsg-1), una molécula de adhesión intercelular presente en desmosomas, lo cual causa separación intraepidermal en el impétigo bulloso humano, el síndrome estafilocócico de piel escaldada y la epidermitis exudativa porcina. Recientemente se ha aislado un nuevo gen de una toxina exfoliativa (exi) en Staphylococcus pseudintermedius. Este gen es bastante homologo en secuencia con toxinas exfoliativas previamente caracterizadas. Se sabe poco acerca de la influencia de este gen en la patogenia de las enfermedades pustulares de la piel en perros, como el impétigo. El propósito de este estudio fue determinar si EXI, el producto del gen exi, digiere la Dsg1 canina y causa separación intraepidermal en la piel de perros. Se aisló un gen exi de un DNA cromosómico de una cepa de S. pseudointermedius obtenida de una pústula de un perro con impétigo, y se utilizó para producir EXI recombinante expresado en E. coli. Cuando se inyectó la proteína EXI purificada por vía intradermal a perros sanos, causó el desarrollo de vesículas o erosiones con separación de la epidermis superficial. Además la proteína EXI inhibía la inmunofluorescencia frente a Dsg1, pero no para Dsg3, en los lugares de inyección. Lo que es mas, in vitro EXI directamente degradaba dominios extracelulares de Dsg1 producidos en baculovirus, pero no los de Dsg3. La proteína EXI también degradaba Dsg1α de ratón y Dsg1 de cerdo, pero no la Dsg1 de humanos, ni las Dsg1β y Dsg1γ de ratón. Por el contrario, SIET recombinante, previamente presentada como una toxina exfoliativa de S. intermedius, no producía separación intraepidermal o degradación de ninguna de la Dsgs. Estos hallazgos indican que EXI tiene actividad proteo lítica que digiere la Dsg1 y esta propiedad puede estar implicada en la patogénesis de la separación intraepidermal en el impétigo canino.

Zusammenfassung

Exfoliative Staphylokokkentoxine verdauen Desmoglein (Dsg) 1, ein desmosomales Zell-Zell Adhäsionsmolekül, und verursachen dadurch ein intraepidermales Splitting beim humanen bullösen Impetigo, beim “Staphylokokken Scalded Skin Syndrom” und bei der exudativen Epidermitis des Schweines. Unlängst wurde das Gen eines neuen exfoliativen Toxins (exi), dessen Sequenz eine signifikante Homologie mit schon früher identifizierten exfoliativen Toxinen zeigt, von Staphylokokkus pseudointermedius isoliert. Es ist wenig bekannt, welche pathologische Rolle dieses Toxin bei pustulösen Erkrankungen des Hundes, wie Impetigo, spielt. Das Ziel dieser Studie war es zu bestimmen, ob EXI, ein Produkt des exi Gens, canines Dsg1 verdaut und intraepidermales Splitting in der Hundehaut verursacht. Ein exi Gen wurde aus chromosomaler DNA eines S. pseudointermedius Stammes, der von einer Pustel eines Hundes mit Impetigo stammte, isoliert. Dieses wurde verwendet, um ein rekombinantes EXI mittels Expression in Escherichia coli zu produzieren. Wenn aufbereitete rekombinante EXI intradermal in normale Hunde injiziert wurden, verursachte dies die Entstehung von Bläschen oder Erosionen mit oberflächlichem epidermalen Splitting. Zusätzlich hob EXI an den Injektionsstellen die Immunfluoreszenz für Dsg1, jedoch nicht für Dsg3 auf. Darüber hinaus schwächte EXI in vitro direkt die durch ein Bakulovirus-System exprimierten rekombinanten extrazellulären Domänen von caninem Dsg1, aber nicht von caninem Dsg3. EXI schwächte auch murine Dsg1α und porcine Dsg1, aber nicht humanes Dsg1, murines Dsg1β und Dsg1γ. Im Gegensatz dazu verursachte rekombinantes SIET, welches schon früher als S. intermedius exfoliatives Toxin eingeführt wurde, weder intraepidermales Splitting noch eine Abschwächung von Dsgs. Diese Ergebnisse weisen auf die proteolytische Aktivität von EXI hin, welches canines Dsg1 verdaut und diese Eigenschaft könnte an der Pathogenese des intraepidermalen Splittings bei caninem Impetigo beteiligt sein.

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