Mechanisms of Staphylococcus aureus-induced changes in cutaneous T cell networks

Iowa City Va Medical Center, Iowa City IA

Investigators

Abstract

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a ubiquitous gram-­positive pathogen that is one of the  most frequent causes of skin and soft tissue infections. Frequently, these infections serve as a  prelude to invasive life-­threatening diseases. The prevalence of severe S. aureus infections  have increased in healthy populations, associated with the development of both drug resistance  and hypervirulence in methicillin-­resistant S. aureus (MRSA) strains such USA 300. The spread  of MRSA-­induced disease during training and mission assignments is a well-­documented threat  to military public health. A wealth of both clinical and experimental evidence suggests that (1)  neutrophils (PMNs) are essential mediators of anti-­S. aureus host defense, and (2) emerging  MRSA strains release toxins capable of killing PMNs, and consequently they can overwhelm  host defense responses and rapidly cause disease in immune competent individuals. The  rapidity of these events suggests a protective vaccine would be the best approach to disease  control. Using a model of healed MRSA skin infection that elicits protective immunity against a  second MRSA skin infection, we provide evidence that the appropriate induction of humoral and  cellular immune responses can separately but synergistically support anti-­MRSA effector  responses and expedite pathogen clearance. The research plan described herein will test the  hypotheses that active immunization against S. aureus is feasible, and that protective antigens  include secreted bacterial virulence factors.  The specific aims are designed to evaluate the  pathogen and host-­derived factors that are required to initiate and maintain ant-­MRSA  protective adaptive immune responses. In specific aim 1 we will identify antigens leading to  protective immunity by systematically measuring the prophylactic effects of skin challenge with  selected knockout strains of MRSA followed by rechallenge with WT MRSA. In aim 2, we will  characterize T follicular helper and the germinal center responses that correspond with anti-­ MRSA protective immunity, and employ Langerin-­DTR mice to delineate the skin DC  requirements for these processes.  In aim 3, we will characterize the  cutaneous T cell signature  corresponding with anti-­MRSA protective immunity by measuring the kinetics and tissue   distribution pathogen specific T cells following infection with strains of MRSA that have been  engineered to express ova peptide OVA 323-­339. After clarifying the adaptive T cell correlates of   anti-­MRSA protective immunity, we will use the Langerin-­DTR system to elucidate the  underlying DC requirements for their induction. Overall the program is designed to dissect the  humoral and cellular immune components required for a protective immune response to MRSA.  Once explored, these data will provide the basis to design and evaluate approaches to a  preventive vaccine.  Â