Proteomic Analysis of Rickettsia parkeri Strain Portsmouth

Abstract

Rickettsia parkeri, a recently recognized pathogen of human, is one of several Rickettsia spp. in the United States that causes a spotted fever rickettsiosis. To gain insights into its biology and pathogenesis, we applied the proteomics approach to establish a two-dimensional gel proteome reference map and combined this technique with cell surface biotinylation to identify surface-exposed proteins of a low-passage isolate of R. parkeri obtained from a patient. We identified 91 proteins by matrix-assisted laser desorption ionization-tandem time of flight mass spectrometry. Of these, 28 were characterized as surface proteins, including virulence-related proteins (e.g., outer membrane protein A [OmpA], OmpB, ␤-peptide, and RickA). Two-dimensional immunoblotting with serum from the R. parkeri-infected index patient was utilized to identify the immunoreactive proteins as potential targets for diagnosis and vaccine development. In addition to the known rickettsial antigens, OmpA and OmpB, we identified translation initiation factor 2, cell division protein FtsZ, and cysteinyl-tRNA synthetase as immunoreactive proteins. The proteome map with corresponding cell surface protein analysis and antigen detection will facilitate a better understanding of the mechanisms of rickettsial pathogenesis.Rickettsia parkeri, a member of the spotted fever group Rickettsia (SFGR), was first isolated from the Gulf Coast tick, Amblyomma maculatum, in 1937 (29). In 2004, the first confirmed human infection with R. parkeri was reported in a 40-year-old man from the Tidewater area of coastal Virginia. The agent was isolated in cell culture from an eschar biopsy specimen and designated the Portsmouth strain (28). Recently, the first recognized case of tick bite-associated human infection was described (43); however, the epidemiology of R. parkeri is not well defined. In the United States, R. parkeri has been detected in A. maculatum and A. americanum; the geographical overlap between R. parkeri and these ticks with that of the vectors of R. rickettsii (the etiological agent of Rocky Mountain spotted fever [RMSF]) suggests that many cases of R. parkeri infection have been misidentified as RMSF (27,35). For example, Western blot analysis of serum specimens from 15 U.S. patients previously diagnosed with RMSF identified four serum specimens reactive with a 120-kDa protein of R. parkeri, suggesting infection with R. parkeri rather than R. rickettsii (30). However, a serologic test specific for this pathogen is not available (43), and little is known about its biology.Due to their obligate intracellular nature, genetic manipulation of Rickettsia has proven difficult. Alternatively, protein expression profiles (proteomes) are utilized to identify the mechanisms of pathogenesis and differentiate rickettsial species recognizing host immune response specificity to cell surface molecules, referred to as outer membrane proteins (Omps). The presence or absence of some Omps allows for differentiation between the typhus group and the SFGR, and the response...

Detecção de proteínas imunorreativas de Rickettsia sp. cepa Mata Atlântica

“…Pornwiroon et al (2009) construíram um mapa proteômico de referência para R. parkeri cepa Portsmouth através das técnicas de eletroforese bidimensional (2D) associada a espectrometria de massa por Dessorção e Ionização com Laser assistida por Matriz-Tempo-de-voo (MALDI-TOF), onde identificaram e caracterizaram 91 proteínas, de peso molecular variando de 10 a 240 kDa. No presente trabalho optou-se pela utilização da técnica de eletroforese em gel de poliacrilamida na presença de dodecil-sulfato de sódio (SDS-PAGE) para fracionamento do extrato proteico total de Rickettsia sp.…”

“…Vários trabalhos têm estudado a identificação de proteínas heterólogas entre as espécies pertencentes ao gênero Rickettsia. Pornwiroon et al (2009) identificaram novas proteínas imunorreativas para R. parkeri, entre elas reconhecidas por soro de pacientes humanos, caracterizando-as como possíveis alvos potenciais para o diagnóstico e prevenção da doença. Qi et al (2013) identificaram proteínas de superfície expostas (SEPs) em Rickettsia heilongjiangensis, através de soro de camundongos infectados, onde OmpA-2 e GroEL obtiveram maior sororreatividade, demonstrando assim o potencial para o desenvolvimento de testes sorológicos eficazes.…”

“…GroEL é uma proteína de choque térmico que tem demonstrado estar localizado nas superfícies de diversas bactérias rickettsiais (Renesto et al 2005a, Ogawa et al 2007, Pornwiroon et al 2009, Sears et al 2012. Proteínas de choque térmico são componentes essenciais distribuídos por toda a superfície bacteriana e tem como função garantir que as proteínas do genoma codificado sejam expressas como moléculas funcionais (Hartl 1991).…”

“…Apesar do elevado grau de conservação de aminoácidos, esta proteína tem demonstrado ser uma promissora candidata para elaboração de vacina contra várias infecções microbianas, como Mycobacterium tuberculosis e Helicobacter pylori (Mustafa 2002, Yamaguchi et al 2003. Pornwiroon et al (2009) identificaram outras três proteínas com potencial imunológico ao analisar R. parkeri cepa Portsmouth: fator de início de tradução (IF-2), proteína de divisão celular (FtsZ), e cisteína-tRNAsintetase. As duas últimas apresentam baixo peso molecular, ambas apresentando em torno de 50 kDa.…”

“…Mapas proteômicos tem sido o foco de diversas pesquisas envolvendo principalmente R. parkeri, Rickettsia prowazekii, Rickettsia conorii e R. felis. (Chao et al 2004, Renesto et al 2005a, Ogawa et al 2007, Pornwiroon et al 2009). Além das proteínas de membrana conhecidas (rOmpA e rOmpB) novas proteínas envolvidas na tradução e no metabolismo têm sido identificadas (Renesto et al 2005a).…”