Rôle de la retraction des Pili de Type IV dans la pathogénèse bacterienne – RETRACTOPATH

1. Déterminer l'impact de la rétraction du pilus sur les méningocoques
A l’aide d’approches transcriptomiques et métabolomiques comparatives, nous analysons la réponse de bactéries sauvages ou déficientes pour la rétraction des Tfp à des stress mécaniques in vitro et in vivo dans le but d’identifier les effecteurs bactériens clés régulés par la rétraction des Tfp et analyserons leur rôle dans la physiopathologie des infections à méningocoque.

2. Déterminer l'impact de la rétraction du pilus sur les cellules vasculaires
Sur la base de nos données préliminaires, nous disséquons le rôle du récepteur endothélial PECAM-1 et des partenaires associés comme « mécano-senseur » pour la rétraction de Tfp et nous caractériserons les gènes/protéines et évènements induits par la rétraction des Tfp et leur implication dans l'altération vasculaire.

3. Déterminer l'impact de la rétraction du pilus dans la pathogenèse du méningocoque in vivo
A l’aide d’approches transcriptomiques comparatives, nous analysons la réponse de l'hôte in vivo à une infection par des bactéries de type sauvage ou déficiente pour la rétraction des Tfp. Nous identifierons ainsi les facteurs cellulaires clés activés lors de la rétraction des Tfp et analyserons leur rôle dans la pathogenèse de N. meningitidis.

Nous avons montré qu’une souche déficiente pour la rétraction des Tfp (?pilT) induit in vivo la formation des lésions vasculaires identiques à la souche sauvage. Toutefois ce mutant ne favorise pas une bactériémie soutenue et n'induit pas de létalité chez la souris. Ces données démontrent que la rétraction des Tfp joue un rôle clé dans la pathogénèse du méningocoque (Barnier et al, PloS Pathogen 2021).

Objectif 1. Déterminer l'impact de la rétraction des pilus sur les méningocoques.
Toutes les données omiques ont été collectées et les profils protéomiques et métaboliques sont en cours de comparaison avec les signatures transcriptionnelles obtenues par analyses RNA-Seq sur des échantillons miroirs. L'approche Dual RNA seq, nous a d’ores et déjà permis d’identifier deux gènes bactériens, régulés de manière différentielle in vivo dans les souches WT et ?pilT et qui seraient associés à une pathogénicité accrue. Nous caractérisons actuellement leurs effets et leur mode d'action in vitro et in vivo.

Objectif 2. Déterminer l'impact de la rétraction du pilus sur les cellules vasculaires
Suite à nos données préliminaires, nous avons étudié et confirmé le rôle de PECAM-1 comme « mécano-senseur » de la rétraction des Tfp. A présent, nous réalisons les approches biophysiques et nous caractérisons d’avantage les cascades de signalisation associées à PECAM-1 qui contribuent à aux altérations vasculaires.

Objectif 3. Déterminer l'impact de la rétraction du pilus dans la pathogenèse du méningocoque in vivo.
En effectuant une analyse RNAseq comparative sur des greffes de peaux humaines infectées et non -infectées, nous avons révélé : 1/ les gènes de l’hôte régulés à la fois par les souches WT et ?pilT, favorisant la thrombose, les fuites vasculaires, l'inflammation ; et 2) les gènes de l’hôte régulés uniquement par la souche WT et donc potentiellement impliqués dans une septicémie mortelle. A présent, nous analysons le rôle de ces gènes dans la pathogenèse du méningocoque.

Nous sommes à la mi-parcours de ce projet. Nos perspectives sont de mener à bien nos différents objectifs.
A son terme, ce projet permettra d'approfondir nos connaissances sur les facteurs régulés dans les méningocoques lors de la rétraction des Tfp et fournira une vue d'ensemble de la réponse mécano-sensible de l'hôte qui conduit finalement à la léthalité.

Type IV pilus retraction enables sustained bacteremia and plays a key role in the outcome of meningococcal sepsis in a humanized mouse model.
Barnier JP, Euphrasie D, Join-Lambert O, Audry M, Schonherr-Hellec S, Schmitt T, Bourdoulous S, Coureuil M, Nassif N, El Behi M.
PLoS Pathog (2021)17(2): e1009299.

Meningococcal disease: A paradigm of type-IV pilus dependent pathogenesis.
Dos Santos Souza I, Maïssa N, Ziveri J, Morand PC, Coureuil M, Nassif X, Bourdoulous S.
Cell Microbiol. (2020) 22:e13185. Review.

Strategies used by bacterial pathogens to cross the blood–brain barrier.
Le Guennec L, Coureuil M, Nassif X, Bourdoulous S.
Cell Microbiol. (2020) 22:e13132. Review.

Molecular interactions between Neisseria meningitidis and its human host.
Coureuil M, Jamet A, Bille E, Lécuyer H, Bourdoulous S, Nassif X.
Cell Microbiol. (2019) 21(11):e13063. Review.

Les pili de type IV (Tfp) sont de longues structures filamenteuses produites par de nombreuses bactéries pathogènes et le seul filament présent dans les bactéries à Gram négatif et à Gram positif. Ils interviennent dans de nombreuses fonctions, y compris la motilité, l'agrégation bactérienne ou l'adhérence à des surfaces abiotiques ou cellulaires. Le cycle d'extension/rétraction qui les rend dynamique est centré sur deux ATPases cytoplasmiques ayant des fonctions antagonistes et qui sont hautement conservées parmi les espèces exprimant des Tfp. La rétraction des Tfp génère une force remarquablement élevée (supérieure à 100 pN), faisant des Tfp l'un des moteurs moléculaires les plus puissants connus. Il y a maintenant de plus en plus de preuves que la force générée par cette rétraction agit comme un signal mécanique à la fois dans les bactéries et dans les cellules hôtes. Les bactéries ont développé une large gamme de systèmes de détection qui peuvent mesurer les changements conformationnels induits mécaniquement par l’élongation des Tfp pour répondre de manière appropriée aux signaux environnementaux et réguler la transcription de facteurs de virulence. Du côté de l'hôte, les forces de rétraction des Tfp peuvent induire une réorganisation du cytosquelette, l'activation de voies de signalisation régulées par le stress ou exerçant une fonction cytoprotectrice. Paradoxalement, même si de nombreux pathogènes bactériens génèrent des forces de rétraction, à ce jour, la façon dont de telles forces sont détectées dans les cellules hôtes et contribuent à la pathogenèse bactérienne a été totalement inexplorée.
Grâce à l’étude de Neisseria meningitidis (méningocoque) qui interagit via ses Tfp avec les cellules vasculaires et initie la formation de lésions purpuriques évoluant vers une issue fatale, nous avons trouvé, in vitro et dans un modèle d’infection in vivo, que la rétraction des Tfp est nécessaire pour promouvoir une altération des cellules endothéliales et la mortalité des animaux. Nous émettons l'hypothèse que la rétraction des Tfp (i) potentialise la virulence bactérienne et / ou (ii) déclenche des voies mécano-sensibles délétères chez l'hôte.
L'objectif global de ce projet est donc de déterminer le rôle joué par la rétraction des Tfp dans la physiopathologie des infections invasives à méningocoque et de déterminer comment cela influence l’issue de l'infection. Nous poursuivrons 3 objectifs majeurs :

1. Déterminer l'impact de la rétraction du pilus sur les méningocoques
A l’aide d’approches transcriptomiques et métabolomiques comparatives nous analyserons la réponse de bactéries sauvages ou déficientes pour la rétraction des Tfp à des stress mécaniques in vitro et in vivo. Nous identifierons ainsi les effecteurs bactériens clés régulés par la rétraction des Tfp et analyserons leur rôle dans la physiopathologie des infections à méningocoque.

2. Déterminer l'impact de la rétraction du pilus sur les cellules vasculaires
Sur la base de nos données préliminaires, nous disséquerons le rôle du récepteur endothélial PECAM-1 et des partenaires associés comme mécanosensors pour la rétraction de Tfp et nous caractériserons les gènes/protéines et évènements induits par la rétraction des Tfp et leur implication dans l'altération vasculaire.

3. Déterminer l'impact de la rétraction du pilus dans la pathogenèse du méningocoque in vivo
A l’aide d’approches transcriptomiques et métabolomiques comparatives, nous analyserons la réponse de l'hôte in vivo à une infection par des bactéries de type sauvage ou déficiente pour la rétraction des Tfp. Nous identifierons ainsi les facteurs cellulaires clés activés lors de la rétraction des Tfp et analyserons leur rôle dans la pathogenèse de N. meningitidis.

Ce projet permettra d'approfondir nos connaissances sur les facteurs du méningocoque induits in vitro et in vivo lors de la rétraction des Tfp et fournira une vue globale de la réponse mécanosensible de l'hôte aboutissant à la mort des animaux.