The tricarboxylic acid cycle is a central metabolic hub in most cells. Virulence functions of bacterial pathogens such as facultative intracellular Salmonella enterica serovar Typhimurium (STM) are closely connected to cellular metabolism. During systematic analyses of mutant strains with defects in TCA cycle, a strain deficient in all fumarase isoforms (ΔfumABC) elicited a unique metabolic profile. Alongside fumarate STM ΔfumABC accumulates intermediates of glycolysis and pentose phosphate pathway. Analyses by metabolomics and proteomics revealed that fumarate accumulation redirects carbon fluxes towards glycogen synthesis due to high (p)ppGpp levels. In addition, we observed reduced abundance of CheY, leading to altered motility and increased phagocytosis of STM by macrophages. Deletion of glycogen synthase restored normal carbon fluxes and phagocytosis, and partially levels of CheY. We propose that utilization of accumulated fumarate as carbon source induces a status similar to exponential to stationary growth phase transition by switching from preferred carbon sources to fumarate, which increases (p)ppGpp levels and thereby glycogen synthesis. Thus, we observed a new form of interplay between metabolism of STM, and cellular functions and virulence.

The intracellular lifestyle of Salmonella enterica is characterized by the formation of a replication-permissive membrane-bound niche, the Salmonella-containing vacuole (SCV). A further consequence of the massive remodeling of the host cell endosomal system, intracellular Salmonella establish a unique network of various Salmonella-induced tubules (SIT). The bacterial repertoire of effector proteins required for the establishment for one type of these SIT, the Salmonella-induced filaments (SIF), is rather well-defined. However, the corresponding host cell proteins are still poorly understood. To identify host factors required for the formation of SCV and SIF, we performed a sub-genomic RNAi screen. The analyses comprised high-resolution live cell imaging to score effects on SIF induction, dynamics and morphology. The hits of our functional RNAi screen comprise: i) The late endo-/lysosomal SNARE (soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor attachment protein receptor) complex, consisting of STX7, STX8, VTI1B, and VAMP7 or VAMP8, this is, in conjunction with RAB7 and the homotypic fusion and protein sorting (HOPS) tethering complex, a complete vesicle fusion machinery. ii) Novel interactions with the early secretory GTPases RAB1A and RAB1B, possibly providing a link to coat protein complex I (COPI) vesicles and reinforcing recently identified ties to the endoplasmic reticulum. iii) New connections to the late secretory pathway and/or the recycling endosome via the GTPases RAB3A, RAB8A, and RAB8B and the SNAREs VAMP2, VAMP3, and VAMP4. iv) An unprecedented involvement of clathrin-coated structures. The resulting set of hits allowed to characterize completely new host factor interactions, and strengthen observations from several previous studies.

Abstract Hepatic macrophages maintain liver homeostasis, but little is known about the signals that activate the hepatoprotective programs within macrophages. Here, we show that toll-like receptor 13 (TLR13), a sensor of bacterial 23S ribosomal RNA (rRNA), senses microbiome RNAs to drive tissue-protective responses in CD5L hi hepatic macrophages. Splenomegaly and hepatomegaly developed in the absence of the endosomal RNase, RNaseT2, via TLR13-dependent macrophage proliferation. Furthermore, TLR13 in hepatic Ly6C lo macrophages activated the transcription factors LXRα and MafB, leading to expression of tissue-clearance molecules, such as CD5L, C1qb, and Axl. Consequently, Rnaset2 −/− mice developed resistance to acute liver injury caused by challenges with acetaminophen and lipopolysaccharide + D-galactosamine. TLR13 responses in Rnaset2 −/− mice were impaired by antibiotics, suggesting that TLR13 were activated by microbiome rRNAs, which was detected in the sera and hepatic macrophages. Repeated administration of wild-type mice with the TLR13 ligand, rather than other TLR ligands, selectively increased the number of Kupffer cells, which expressed immunoregulatory and tissue-clearance genes as hepatic macrophages in Rnaset2 −/− mice did. Our results suggest that microbiome ssRNA serves as an environmental cue for initiating tissue-protective TLR13 responses in hepatic macrophages. Graphical Abstract In the absence of an endosomal RNase, RNase T2, microbiome RNAs circulating in the vasculature activate TLR13 in hepatic macrophages to drive hepatoprotective responses through expression of immunoregulatory and tissue-clearance molecules. Consequently, mice lacking RNase T2 are resistant against acute liver injuries caused by acetaminophen and LPS + D-galactosamine.

Abstract Salmonella enterica is a common foodborne, facultative intracellular enteropathogen. Human-restricted typhoidal S. enterica serovars Typhi (STY) or Paratyphi A (SPA) cause severe typhoid or paratyphoid fever, while S. enterica serovar Typhimurium (STM) has a broad host range and in human hosts usually lead to a self-limiting gastroenteritis. Due to restriction of STY and SPA to primate hosts, experimental systems for studying the pathogenesis of typhoid and paratyphoid fever are limited. Therefore, STM infection of susceptible mice is commonly considered as model system for studying these diseases. The type III secretion system encoded by Salmonella pathogenicity island 2 (SPI2-T3SS) is a key factor for intracellular survival of Salmonella . Inside host cells, the pathogen resides within the Salmonella -containing vacuole (SCV) and induces tubular structures extending from the SCV, termed Salmonella -induced filaments (SIF). This study applies a set of single cell analyses approaches such as dual fluorescent protein reports, effector translocation, or correlative light and electron microscopy to investigate the fate and activities of intracellular STY and SPA. The SPI2-T3SS of STY and SPA is functional in translocation of effector proteins, SCV and SIF formation. However, only a low proportion of intracellular STY and SPA are actively deploying SPI2-T3SS and STY and SPA exhibited a rapid decline of protein biosynthesis upon experimental induction. A role of SPI2-T3SS for proliferation of STY and SPA in epithelial cells was observed, but not for survival or proliferation in phagocytic host cells. Our results indicate that reduced intracellular activities are factors of the stealth strategy of STY and SPA and facilitate systemic spread and persistence of the typhoidal Salmonella .