Pathophysiology of cutaneous invasive Streptococcus pyogenes infections. Role of the GRAB protein in the infectious process

Abstract

Streptococcus pyogenes (SGA), pathogène strictement humain, est responsable d’un large panel d’infections et de 500000 décès/an. Son épidémiologie complexe rend la vaccination difficile à ce jour, soulignant l’importance de l’étude de sa physiopathologie. Le recueil exhaustif et prospectif de 1000 souches cliniques de SGA (2009-2017, Bretagne) a permis d’étudier sa dynamique évolutive et de décrire trois profils épidémiologiques: prévalents, sporadiques et émergents. Un phénomène singulier a également été observé: l’isolement de génotypes sporadiques/ émergents en l’absence de circulation de génotypes prévalents au sein du même emm-cluster. De plus, aucune souche emm3 n’a été isolée au cours de deux années consécutives, l’analyse génomique d’une souche non invasive a montré une délétion au sein du gène grab (protéine GRAB). Le séquençage du gène grab des souches emm3, a mis en évidence 6 profils protéiques: 3 structures ayant une substitution non-synonyme, et 3 avec au moins une délétion d’un motif répété. Un lien significatif entre l’invasivité des infections cutanées et un isolat ayant une protéine GRAB complète a été démontré. Le rôle de la protéine GRAB a été exploré grâce au développement d’un modèle ex vivo d’explant cutané humain, et la construction d’un plasmide thermosensible, pBFK, pour générer un mutant isogénique complètement délété pour grab. Une interaction, GRAB-dépendante, de SGA avec l’A2M (alpha-2-macroglobulin) à un stade tardif de la croissance bactérienne intra-tissulaire a été mise en évidence. Une autre anti-protéase, l’A2ML1 (A2M-like1), interagit avec SGA, indépendamment de GRAB, au début de la croissance. Ainsi, SGA interagit avec deux protéases cutanées humaines, A2M et A2ML1, à deux phases distinctes de sa croissance.Streptococcus pyogenes (GAS), a strictly human pathogen, is responsible for a wide range of infections and 500.000 deaths/year. Its complex epidemiology makes vaccination difficult to date, underlining the importance of studying its pathophysiology. The exhaustive and prospective collection of 1000 clinical strains of GAS in Ille-et-Vilaine (2009-2017) allows to study its evolutionary dynamics and to highlight three epidemiological profiles: prevalent, sporadic, and emerging. A singular phenomenon was also observed: the isolation of sporadic or emerging genotypes in the absence of prevalent genotypes circulation within the same emm-cluster. In addition, no emm3 genotype was isolated in two consecutive years, genomic analysis of a non-invasive strain showed a deletion in the grab gene (GRAB protein). Grab sequencing of emm3 genotype strains revealed 6 different protein profiles: 3 structures characterised by a non-synonymous substitution, and 3 with at least one deletion of a repeated motif. Clinical data showed a significant association between invasiveness of skin infections and an isolate with a complete GRAB protein. The role of the GRAB protein was explored through the development of an ex vivo human skin explant model, and the construction of a novel thermo-sensitive plasmid, pBFK, to generate an isogenic mutant completely deleted for the grab gene. A GRAB-dependent interaction of GAS with A2M (alpha-2-macroglobulin) at a late stage of intra-tissue bacterial growth was demonstrated. Another anti-protease, A2ML1 (A2M-like1), interacts with GAS, independently of GRAB, at the beginning of the growth phase. Thus, GAS interacts with two human skin anti-proteases, A2M and 2ML1, at two distinct phases of its growth