The Pla surface protease/adhesin of Yersinia pestis mediates bacterial invasion into human endothelial cells

AbstractThe plasminogen activator Pla of Yersinia pestis belongs to the omptin family of enterobacterial surface proteases and is responsible for the highly efficient invasion of the plague bacterium from the subcutaneous infection site into the circulation. Y. pestis has been reported to invade human epithelial cells. Here, we investigated the role of Pla in bacterial invasion into human endothelial cells. Expression of Pla in recombinant Escherichia coli XL1(pMRK1) enhanced bacterial invasion into ECV304 cells. The invasiveness was not affected by substitution mutation at the residues S99 or D206 that are needed for the proteolytic activity of Pla. Pla-expressing bacteria adhered to the extracellular matrix of ECV304 cells. Only weak adhesion and poor invasion were seen with the recombinant E. coli XL1(pMRK2), which expresses the omptin homolog from E. coli. The results identify Pla as an invasion protein of Y. pestis and show that the invasive function does not involve the proteolytic activity of Pla

Fibrinolytic and coagulative activities of Yersinia pestis

Peer reviewe

Kalatalouden ympäristöohjelma : loppuraportti

Kalatalouden ympäristöohjelmassa pureuduttiin hankevuosina 2017–2023 hyvin laajasti keskeisiin kalavesien hoidon teemoihin: vesistökunnostuksiin rannikkoalueilla ja virtavesissä, aluesuunnittelun kehittämiseen, velvoitetarkkailuiden tehostamiseen, uusien tulosperusteisten rahoitusmallien soveltamiseen sekä luonnossa menestyvien istukkaiden tuottamiseen. Ohjelma mahdollisti omissa aihepiireissään kalavesien hoidon kehittämisen pidemmällä aikavälillä kuin yksittäisten hankkeiden puitteissa on mahdollista tehdä. Tutkimusperusteinen kehittäminen ja päätöksenteko luonnonvarojen käytössä tuovat mahdollisuuksia myös yhteiskunnalliseen kasvuun. Kokonaiskestävyyden huomioiminen lähteekin pienistä teoista, joten myös Kalatalouden ympäristöohjelmassa koottiin useita suosituksia huomioitavaksi kalavesien hoitotyössä: • Kalavesiä tulisi hoitaa ekosysteemiperustaisesti kokonaisuuksina ja istutukset korvata kalojen luontaisen lisääntymisen tukemisella aina, kun sille on edellytyksiä. • Tietoisuutta rannikkoalueiden merkityksestä kalojen lisääntymisalueina ja niiden kunnostusmahdollisuutta tulisi lisätä. Kunnostuksen vaikuttavuuden seurantaan soveltuvia menetelmiä tulisi vielä kehittää ja vaikuttavuutta seurata tulevissakin hankkeissa. • Kunnostusmenetelmiä tulisi kehittää huomioimaan paremmin sopeutuminen ilmastonmuutokseen. Kalastolla tulisi jatkossakin olla suojapaikkoja kuivuuden tai tulvien ja liian korkeaksi kohoavien veden lämpötilojen varalta. • Virtavesien kunnostusmenetelmiä tulisi kehittää huomioimaan paremmin valuma-alueilta tuleva kuormitus sekä kalaston talviaikaiset elinympäristövaatimukset. Kunnostuksia tulisi myös kohdistaa laajemmille alueille ja huomioida muutos koko ekosysteemissä, jolloin toimenpiteiden vaikuttavuus olisi todennäköisesti suurempi. • Kunnostuksien vaikuttavuutta tulisi seurata muissakin kuin vain erillisissä tutkimushankkeissa. Tällä tavalla toimenpiteitä voitaisiin luotettavasti kohdentaa juuri niihin todellisiin kalastoa ja muuta lajistoa rajoittaviin tekijöihin. Tämä tietenkin edellyttää, että myös seurantaan olisi oltava resursseja käytettävissä. • Erityisesti valuma-alueiden maankäytöstä vesistöihin huuhtoutuvaa kiintoainekuormitusta tulee rajoittaa tehokkaammin kuormituksen syntypaikoilla. Puroissa jo olevan hiekan ja muun kiintoaineen poistamiseksi tulisi kehittää tehokkaampia menetelmiä. • Taimenien vaellus syönnös- ja lisääntymisalueiden välillä tulisi mahdollistaa molempiin suuntiin. Tämä voi tarkoittaa alueesta riippuen sekä vaellusesteiden poistamista tai kunnostamista että kalastuksen rajoittamista. • Täpläravun, kuten muidenkin vieraslajien, leviämistä uusiin vesistöihin tulee estää ja poistaa kohteista, missä se aiheuttaa haittaa esimerkiksi jokiravun suojelulle. • Täpläravun poistopyyntikokeiluja tulisi jatkaa usean vuoden ajan ja leviämisesteen tehokkuutta kokeilla erilaisissa kohteissa. • Tietoisuutta kunnostusmenetelmistä, toteutuksesta ja vaikuttavuudesta tulisi jatkaa. Kunnostuskurssin materiaaleja voitaisiin hyödyntää myös uusilla kursseilla ja muussakin opetuksessa. Osaamisen jakamiselle ja myös pidempimuotoisen koulutuksen varmistamiselle on olemassa selkeä tarve. • Kalatalousalueiden toimintaa tulee tukea tuottamalla laadukasta tutkimus- ja seurantatietoa alueiden kalastosta, kalastuksesta ja vesienhoidosta. Toimintaa tulee tukea myös kouluttamalla eri tahoja kalastuksen ohjaukseen ja kalakantoja sekä vesienhoitoa koskevan tutkimustiedon hyödyntämiseen. • Kalavesien tuottokykyä tulisi arvioida ja kalastusta mitoittaa nykyistä tietoperustaisemmin. Alamittasäätelyä tulisi toteuttaa perustuen vesistökohtaisesti kerättäviin aineistoihin. • Vesistökohtaisia rauhoitusalueita suojaamaan kalakantojen lisääntymistä sekä geneettistä monimuotoisuutta tulisi kartoittaa ja toteuttaa. • Virikekasvatus voitaisiin ottaa käyttöön laajemminkin ja emokalastoja villiyttää luonnossa menestyvien uhanalaisten lohikalakantojen elvytys- ja palautusistutuksia varten. • Vieraiden kalakantojen käyttö istutuksissa tulisi lopettaa, mikäli saatavilla on vesistöön sopeutunutta kalakantaa. • Hoitokantojen ja säilytyksessä olevien uhanalaisten kalakantojen emokalastojen perustamisessa, säilytyksessä ja käytössä tulisi ottaa käyttöön uusin tutkimustieto, välttää haitallista geneettistä laitostumista sekä pyrkiä villiyttämään näitä kalakantoja palautusistutusten onnistumismahdollisuuksien lisäämiseksi. • Nykyinen resursseja tuhlaileva kalataloustarkkailujärjestelmä tulee uudistaa. • Rahoituksia voitaisiin sitoa tulosperusteisuuteen, jolloin toimenpiteiden vaikuttavuus voisi kasvaa. Samalla luotaisiin myös mahdollisuuksia vaikuttavuussijoittamiseen, yksityisen pääoman hyödyntämiseen ja tehokkaampaan verkostoitumiseen. Valtaosa ohjelman tuloksista on jo julkaistu aiemmin tieteellisinä artikkeleina tai erillisinä raportteina, joten tämän raportin tavoitteena on vetää yhteen ohjelmassa toteutettuja erillisiä kokeita ja selvityksiä keskittyen erityisesti tuloksiin ja vaikuttavuuteen. Yksityiskohtaisempia tietoja kaipaavia lukijoita suosittelemme tutustumaan raportin lopussa olevaan viiteluetteloon sekä liitteiden sisältöön. Ohjelmaa koordinoi Luonnonvarakeskus, mutta valtaosa toimenpiteistä toteutettiin partnereiden tuella: Suomen ympäristökeskus, Jyväskylän yliopisto, Oulun yliopisto, Helsingin yliopiston Tvärminnen biologinen asema, Itä-Suomen yliopisto, Valonia ja Länsi-Uudenmaan Vesi ja Ympäristö Oy (LUVY). Lisäksi kiinteää yhteistyötä tehtiin Voimalohi Oy:n ja Montan Lohi Oy:n kanssa. Varsinaisen EMKR-rahoituksen lisäksi ohjelma mahdollisti myös useiden muiden kansallisten ja kansainvälisten rahoituksien saamisen, millä edistettiin osittain samoja teemoja ympäristöohjelman lisäksi. Kalatalouden ympäristöohjelma oli yksi viidestä Euroopan meri- ja kalatalousrahaston rahoittamista innovaatio-ohjelmista rahoituskaudella 2014–2020. Rahoituksen ympäristöohjelmalle myönsi Lapin Ely-keskus. Kalatalouden ympäristöohjelma toteutettiin muiden innovaatio-ohjelmien tapaan kaksivaiheisena: vaihe I toteutettiin vuosina 2017–2020 ja vaihe II vuosina 2021–2023. Isot kiitokset partnereillemme onnistuneesta ohjelman toteutuksesta ja tämän loppuraportin toteutuksesta! Hankeorganisaatioita ovat edustaneet Anssi Karvonen, Pekka Kilpeläinen, Hannu Marttila, Jukka Syrjänen, Craig Primmer, Janne Tolonen, Jarno Turunen, Anssi Vainikka ja Juha-Pekka Vähä

Molecular adaptation of a plant-bacterium outer membrane protease towards plague virulence factor Pla

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Omptins are a family of outer membrane proteases that have spread by horizontal gene transfer in Gram-negative bacteria that infect vertebrates or plants. Despite structural similarity, the molecular functions of omptins differ in a manner that reflects the life style of their host bacteria. To simulate the molecular adaptation of omptins, we applied site-specific mutagenesis to make Epo of the plant pathogenic <it>Erwinia pyrifoliae </it>exhibit virulence-associated functions of its close homolog, the plasminogen activator Pla of <it>Yersinia pestis</it>. We addressed three virulence-associated functions exhibited by Pla, i.e., proteolytic activation of plasminogen, proteolytic degradation of serine protease inhibitors, and invasion into human cells.</p> <p>Results</p> <p>Pla and Epo expressed in <it>Escherichia coli </it>are both functional endopeptidases and cleave human serine protease inhibitors, but Epo failed to activate plasminogen and to mediate invasion into a human endothelial-like cell line. Swapping of ten amino acid residues at two surface loops of Pla and Epo introduced plasminogen activation capacity in Epo and inactivated the function in Pla. We also compared the structure of Pla and the modeled structure of Epo to analyze the structural variations that could rationalize the different proteolytic activities. Epo-expressing bacteria managed to invade human cells only after all extramembranous residues that differ between Pla and Epo and the first transmembrane β-strand had been changed.</p> <p>Conclusions</p> <p>We describe molecular adaptation of a protease from an environmental setting towards a virulence factor detrimental for humans. Our results stress the evolvability of bacterial β-barrel surface structures and the environment as a source of progenitor virulence molecules of human pathogens.</p

DNA methylation signatures of aggression and closely related constructs : A meta-analysis of epigenome-wide studies across the lifespan

DNA methylation profiles of aggressive behavior may capture lifetime cumulative effects of genetic, stochastic, and environmental influences associated with aggression. Here, we report the first large meta-analysis of epigenome-wide association studies (EWAS) of aggressive behavior (N = 15,324 participants). In peripheral blood samples of 14,434 participants from 18 cohorts with mean ages ranging from 7 to 68 years, 13 methylation sites were significantly associated with aggression (alpha = 1.2 x 10(-7); Bonferroni correction). In cord blood samples of 2425 children from five cohorts with aggression assessed at mean ages ranging from 4 to 7 years, 83% of these sites showed the same direction of association with childhood aggression (r = 0.74, p = 0.006) but no epigenome-wide significant sites were found. Top-sites (48 at a false discovery rate of 5% in the peripheral blood meta-analysis or in a combined meta-analysis of peripheral blood and cord blood) have been associated with chemical exposures, smoking, cognition, metabolic traits, and genetic variation (mQTLs). Three genes whose expression levels were associated with top-sites were previously linked to schizophrenia and general risk tolerance. At six CpGs, DNA methylation variation in blood mirrors variation in the brain. On average 44% (range = 3-82%) of the aggression-methylation association was explained by current and former smoking and BMI. These findings point at loci that are sensitive to chemical exposures with potential implications for neuronal functions. We hope these results to be a starting point for studies leading to applications as peripheral biomarkers and to reveal causal relationships with aggression and related traits.Peer reviewe

Global data set of long-term summertime vertical temperature profiles in 153 lakes

Climate change and other anthropogenic stressors have led to long-term changes in the thermal structure, including surface temperatures, deepwater temperatures, and vertical thermal gradients, in many lakes around the world. Though many studies highlight warming of surface water temperatures in lakes worldwide, less is known about long-term trends in full vertical thermal structure and deepwater temperatures, which have been changing less consistently in both direction and magnitude. Here, we present a globally-expansive data set of summertime in-situ vertical temperature profiles from 153 lakes, with one time series beginning as early as 1894. We also compiled lake geographic, morphometric, and water quality variables that can influence vertical thermal structure through a variety of potential mechanisms in these lakes. These long-term time series of vertical temperature profiles and corresponding lake characteristics serve as valuable data to help understand changes and drivers of lake thermal structure in a time of rapid global and ecological change

Global data set of long-term summertime vertical temperature profiles in 153 lakes

Measurement(s) : temperature of water, temperature profile Technology Type(s) : digital curation Factor Type(s) : lake location, temporal interval Sample Characteristic - Environment : lake, reservoir Sample Characteristic - Location : global Machine-accessible metadata file describing the reported data: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.14619009Climate change and other anthropogenic stressors have led to long-term changes in the thermal structure, including surface temperatures, deepwater temperatures, and vertical thermal gradients, in many lakes around the world. Though many studies highlight warming of surface water temperatures in lakes worldwide, less is known about long-term trends in full vertical thermal structure and deepwater temperatures, which have been changing less consistently in both direction and magnitude. Here, we present a globally-expansive data set of summertime in-situ vertical temperature profiles from 153 lakes, with one time series beginning as early as 1894. We also compiled lake geographic, morphometric, and water quality variables that can influence vertical thermal structure through a variety of potential mechanisms in these lakes. These long-term time series of vertical temperature profiles and corresponding lake characteristics serve as valuable data to help understand changes and drivers of lake thermal structure in a time of rapid global and ecological change

DNA methylation signatures of aggression and closely related constructs: A meta-analysis of epigenome-wide studies across the lifespan

DNA methylation profiles of aggressive behavior may capture lifetime cumulative effects of genetic, stochastic, and environmental influences associated with aggression. Here, we report the first large meta-analysis of epigenome-wide association studies (EWAS) of aggressive behavior (N = 15,324 participants). In peripheral blood samples of 14,434 participants from 18 cohorts with mean ages ranging from 7 to 68 years, 13 methylation sites were significantly associated with aggression (alpha = 1.2 × 10-7; Bonferroni correction). In cord blood samples of 2425 children from five cohorts with aggression assessed at mean ages ranging from 4 to 7 years, 83% of these sites showed the same direction of association with childhood aggression (r = 0.74, p = 0.006) but no epigenome-wide significant sites were found. Top-sites (48 at a false discovery rate of 5% in the peripheral blood meta-analysis or in a combined meta-analysis of peripheral blood and cord blood) have been associated with chemical exposures, smoking, cognition, metabolic traits, and genetic variation (mQTLs). Three genes whose expression levels were associated with top-sites were previously linked to schizophrenia and general risk tolerance. At six CpGs, DNA methylation variation in blood mirrors variation in the brain. On average 44% (range = 3-82%) of the aggression-methylation association was explained by current and former smoking and BMI. These findings point at loci that are sensitive to chemical exposures with potential implications for neuronal functions. We hope these results to be a starting point for studies leading to applications as peripheral biomarkers and to reveal causal relationships with aggression and related traits.</p

Enhancement of tissue plasminogen activator-catalyzed plasminogen activation by Escherichia coli S fimbriae associated with neonatal septicaemia and meningitis.

The effect of Escherichia coli strains isolated from blood and cerebrospinal fluid of septic infants on plasminogen activation was studied. These strains typically carry a filamentous surface protein, S fimbria, that has formerly been shown to bind to endothelial cells and interact with plasminogen. The bacteria effectively promoted plasminogen activation by tissue plasminogen activator (t-PA) which was inhibited by e-aminocaproic acid. A recombinant strain expressing S fimbriae accelerated t-PAcatalyzed plasminogen activation to a similar extent as did the wild-type strains whereas the nonfimbriate recipient strain had no effect. After incubation with t-PA and plasminogen, the S-fimbriate strain displayed bacterium-bound plasmin activity whereas the nonfimbriate strain did not. Bacterium-associated plasmin generation was also observed with a strain expressing mutagenized S fimbriae that Iack the cell-binding subunit SfaS but not with a strain lacking the major subunit SfaA. Both t-PA and plasminogen bound to purified S fimbriae in a lysine-dependent manner and purified S fimbriae accelerated t-PA-catalyzed plasminogen activation. The results indicate that E. coli S fimbriae form a complex with t-PA and plasminogen which enhances the rate of plasminogen activation and generates bacterium-bound plasmin. This may promote bacterial invasion and persistence in tissues and contribute to the systemic activation of fibrinolysis in septicaemia