Facteurs cellulaires cibles des bactéries: approches globales et mécanistiques – HostTarget

Les infections résultent de nombreuses interactions moléculaires entre des composants microbiens et des facteurs de l'hôte. L'identification de cibles cellulaires nécessite donc de cartographier de manière systématique l’ensemble de ces interactions. Pour cela, nous utilisons l'infection par la bactérie entéroinvasive Shigella flexneri comme modèle d’infection et appliquons des méthodes globales non biaisées, telles que des cribles à grande échelle de perte de fonction (RNAi)et la phosphoprotéomique pour identifier les voies cellulaires nécessaires à l'internalisation des bactéries dans les cellules épithéliales, la survie des cellules infectées et l'inflammation, trois aspects de la pathogenèse S. flexneri qui sont au cœur de l'infection. Ces approches sont combinées avec des méthodes plus focalisées de microscopie ou de biochimie pour disséquer les mécanismes d’action des cibles au cours de l’infection.

Dans un premier projet, nous avons mis au point un système de délivrance de protéines basées sur la sécrétion de type 3 des bactéries. Cette technique permet d'injecter des protéines bactériennes, virales ou humaines dans des cellules eucaryotes de manière contrôlée. Un article décrivant l'outil de sécrétion et les applications possibles en biologie cellulaire a été publié dans Journal of Cell Biology. Cet outil est actuellement utilisé pour disséquer les mécanismes régulant la survie des cellules infectées.

Le projet aura un impact fort dans la recherche fondamentale et médicale. Il permettra d'identifier et de caractériser de nouvelles cibles cellulaires pour le développement de traitements anti-infectieux, et d'offrir une approche complémentaire à la mise au point de nouveaux antibiotiques. Le projet va générer de nouvelles connaissances sur l'infection par Shigella flexneri mais également sur des infections causées par d’autres bactéries qui ciblent les mêmes facteurs cellulaires ou qui partagent les mêmes stratégies infectieuses. Enfin, ce programme de recherche va nous permettre de mieux caractériser des mécanismes moléculaires qui sont importants dans la biologie de la cellule au-delà de l'infection. Par exemple, les voies d’activation de mTOR, AKT, NF-?B et des MAP kinases sont fortement impliqués dans le cancer, les troubles métaboliques ou inflammatoires.

A bacterial type III secretion-based protein delivery tool for broad applications in cell biology. Ittig SJ, Schmutz C, Kasper CA, Amstutz M, Schmidt A, Sauteur L, Vigano MA, Low SH, Affolter M, Cornelis GR, Nigg EA, Arrieumerlou C. J Cell Biol. 2015 Nov 23;211(4):913-31

Brevet: WO2015177197 A1, A bacterial type III secretion-based protein delivery tool

Manuscrit en révision a Plos Pathogen, demande de brevet en cours (projet soutenu par la SATT)

L'émergence de mécanismes de multi-résistante aux antibiotiques chez de nombreuses bactéries pathogènes constitue une menace croissante pour la santé humaine. L’absence de solutions thérapeutiques exige un effort urgent pour identifier de nouvelles cibles bactériennes ou proposer de nouvelles stratégies. Une approche prometteuse consiste à cibler l'hôte à la place de l'agent pathogène. En effet, lors d’une infection, les pathogènes détournent des facteurs cellulaires ou des mécanismes de défense de l'hôte à leur propre avantage. Cibler ces facteurs peut contribuer à bloquer la colonisation bactérienne ou à rediriger la réponse immunitaire de manière favorable pour l’hôte. Une infection résulte d’un grand nombre d’interactions moléculaires entre des facteurs microbiens et cellulaires. Pour cette raison, l'identification de cibles nécessite d’étudier ces interactions par des méthodes globales non biaisées.
Le projet HostTarget est un programme de recherche ambitieux qui vise à identifier et caractériser de nouvelles cibles cellulaires des infections bactériennes avec comme finalité le développement de traitements anti-infectieux. Nous utilisons l'infection par la bactérie entéroinvasive Shigella flexneri comme modèle d’infection et utilisons les cribles à haut débit RNAi ou la phosphoprotéomique pour identifier les processus moléculaires impliqués dans l'invasion bactérienne des cellules épithéliales, la survie des cellules infectées et le contrôle de l'inflammation. Les interactions hôte/pathogène clés seront sélectionnées puis caractérisées au niveau moléculaire pour concevoir des stratégies de perturbation optimales au développement de traitements.
Le premier objectif consiste à identifier les composants cellulaires de l'hôte impliqués dans le processus d’internalisation de la bactérie S. flexneri dans les cellules épithéliales. Un crible RNAi ciblant le génome ainsi qu’une banque de microARNs ont déjà permis d’identifier de nombreux candidats. Des cribles secondaires centrés sur les différentes étapes du mécanisme d’internalisation seront réalisés pour délimiter leur rôle et permettre de sélectionner les cibles prometteuses qui seront caractérisées au niveau moléculaire.
Le deuxième objectif sera de caractériser les mécanismes cellulaires qui contrôlent la survie des cellules épithéliales infectées, utilisées comme niche de réplication par les bactéries. Nous étudieront comment la protéine IpgD, sécrétée par S. flexneri, peut activer la protéine AKT et ainsi favoriser leur survie. Des expériences de phosphoprotéomique ont montré que les protéines de la voie de signalisation mTOR sont fortement enrichies dans le phosphoprotéome de cellules infectées, et que l'activation d’AKT est dépendante du complexe mTORC2. Comme mTORC2 et AKT sont des acteurs centraux des infections bactériennes et virales et sont, d’une manière générale, très impliqués dans les processus pathologiques, nous étudierons leur mode d'activation au cours de l'infection par S. flexneri.
Enfin, nous étudierons les mécanismes de contrôle de l'inflammation de l'épithélium intestinal. Nous avons récemment montré qu’au cours des infections par des bactéries entéroinvasives, un mécanisme de communication cellulaire, passant par les jonctions gap, amplifie l'expression de cytokines inflammatoires comme l'IL-8. Notre projet vise à identifier les protéines impliquées ainsi que les petites molécules médiatrices de cette communication cellulaire. Un crible RNAi a permis d’identifier près de 200 protéines impliquées dont TRAF6, TIFA et ATP1A1. Les rôles de ces protéines seront étudiés dans des modèles d’infection in vitro et in vivo.
Ce projet aura de fortes retombées en recherche fondamentale et médicale. Il permettra d'identifier de nouvelles cibles de bactéries pathogènes et de mieux caractériser des voies de signalisation telles que mTOR, AKT, NF-kB et MAP kinase qui sont impliquées, au-delà des infections, dans le cancer, les troubles métaboliques et inflammatoires.