CE15 - Immunologie, Infectiologie et Inflammation

Symbiose bénéfique hôte-microbiote durant une sous nutrition chronique: Enveloppe bactérienne et promotion de la croissance linéaire – SymEnvLop

Enveloppe des bactéries commensales et promotion de la croissance linéaire de l'hôte

L'interaction mutualiste qui lie les animaux à leurs communautés microbiennes résidentes façonne profondément de nombreux aspects de leur biologie. L'un de ces aspects importants est la croissance, en particulier en cas de dénutrition chronique. Ce projet vise à élucider les mécanismes moléculaires qui forgent l'interaction mutualiste entre l'hôte juvénile et son microbiote intestinal, et à délimiter les réseaux génétiques et de régulation, tant chez les microbes que chez les hôtes.

Comprendre le rôle des composants de l'enveloppe cellulaire dans l'amélioration de la croissance des juvéniles de drosophiles

La drosophile est un puissant modèle permettant de coupler la génétique fonctionnelle et les études génomiques avec la physiologie intégrative. Nous avons précédemment démontré que, en cas de dénutrition chronique, la mono-association de larves de drosophile sans germes avec une seule souche de la bactérie commensale naturelle dominante de l'intestin de la mouche, Lactobacillus plantarum, peut pleinement récapituler l'effet bénéfique d'un microbiote intact en favorisant une croissance et un taux de maturation. Nous avons récemment établi que cette association comporte des avantages fonctionnels mutuels pour l'hôte et L. plantarum. Grâce à d'autres études transcriptomiques, métabolomiques et fonctionnelles utilisant la drosophile, nous avons récemment montré que L. plantarum influence la croissance juvénile au moins en partie par l'expression accrue d'un ensemble d'enzymes digestives spécifiques dans l'intestin. Ainsi, ces résultats suggèrent fortement un lien de causalité entre le microbiome, l'amélioration des capacités digestives de l'hôte et la stimulation de la croissance juvénile. <br />Nos résultats ont ouvert tout un programme de recherche visant à définir la base moléculaire du dialogue entre L. plantarum et son hôte naturel, la drosophile, assurant une croissance juvénile optimale malgré une dénutrition chronique. Nous avons proposé un programme de recherche subdivisé en quatre objectifs : (1) identifier les composants de l'enveloppe cellulaire bactérienne impliqués dans la promotion de la croissance linéaire; (2) analyser la relation structure-fonction des protéines codées par l'opéron pbpX2-dlt dans le contexte de la biologie de l'enveloppe bactérienne ; (3) identifier les mécanismes de détection et de signalisation de l'hôte impliqués dans les entérocytes de la drosophile favorisant la croissance linéaire et (4) sonder la conservation évolutive des phénomènes découverts chez la drosophile en les testant sur des modèles murins monoxéniques.

Utilisation de la génétique et de la biochimie pour comprendre le rôle de l'enveloppe cellulaire et de ses composants, du peptidoglycane et des acides teichoïques pour la biologie cellulaire et la stimulation de la croissance de la drosophile

Un ensemble de techniques couvrant la génétique, la biochimie, la biologie moléculaire et les essais in vivo sont utilisées pour ce projet.
Les composants de la paroi cellulaire sont purifiés (peptidoglycane (PG) et acides téiques (TA), y compris l'acide téique de la paroi (WTA) et l'acide lipoteichoïque (LTA)) à partir de la souche sauvage (WT) et de plusieurs souches isogéniques ayant subi une mutation dans des composants clés de l'enveloppe cellulaire. La PG est analysée par RP-UHPLC et la MS et la TA seront analysées par GC/MS et HPAEC-PAD pour l'analyse de la composition ou par MS et RMN pour l'analyse structurelle fine. Après purification, les composés sont complétés par des larves de drosophile confrontées à une sous-alimentation chronique afin d'évaluer leur impact sur la promotion de la croissance et le développement, afin de réduire la molécule responsable du phénotype.
Nous générons des souches surexprimant pbpX2 et dltD, les effecteurs enzymatiques présumés codés dans l'opéron et les souches avec des mutations ponctuelles dans les sites catalytiques de pbpX2 et dltD sont conçues en conséquence avec des données structurelles obtenues par cristallographie et analyse structure-fonction.
En ce qui concerne l'activité biochimique du PbpX2 et de la DltD, nous effectuons actuellement des tests sur des substrats purifiés et synthétiques.

Les 18 premiers mois du projet nous permettent de déterminer l'importance relative pour le phénotype de stimulation de la croissance de la drosophile des 2 types d'AT présents dans l'enveloppe cellulaire Lp.
Nous avons déterminé la composition et la structure de l'AT LpNC8 : les chaînes sont constituées de sous-unités ribitol-phosphate, substituées par deux glucose. De manière inattendue, aucun substituant D-Ala n'a été trouvé sur les chaînes ribitol-phosphate. Les résultats préliminaires suggèrent que les substituants D-Ala ne se trouvent que sur les chaînes LTA.
Après plusieurs étapes d'optimisation, la structure cristalline de PbpX1, PbpX2, DltA et DltD a été obtenue.
Grâce aux progrès réalisés jusqu'à présent, nous sommes bien placés pour comprendre le rôle des acides teichoïques dans la physiologie bactérienne et la stimulation de la croissance des drosophiles. Une analyse plus approfondie des structures LTA et WTA fournira des indices sur la manière dont ces structures sont synthétisées et, parallèlement, sur la manière dont elles sont substituées par les d-Alanines. Les progrès réalisés dans l'analyse structure-fonction des protéines étudiées nous permettront de résoudre leur rôle dans la synthèse de PG ou TA, en particulier PbpX2, et de déterminer leur activité biochimique

Poster:
Renata C. Matos, Octobre Clocher, Pascal Courtin, Marie-Pierre Chapot-Chartier and François Leulier. Lactobacillus plantarum cell envelope and Drosophila linear growth promotion. New approaches and concepts in Microbiology EMBO Symposium July 2019. Heidelberg, Germany & The Great Wall Symposium. September 2019. Paris, France.

Ste´phanie Ravaud, Nikos Nikolopoulos, Virginie Gueguen-Chaignon, Renata C. Matos, François Leulier and Christophe Grangeasse. Structural and functional characterization of two atypical carboxypeptidases PBPX1 and PBPX2 in Lactobacillus plantarum. The Great Wall Symposium. September 2019. Paris, France.

Nikos Nikolopoulos, Stéphanie Ravaud, Renata Matos, François Leulier, Christophe Grangeasse. Structural and functional mechanisms underlying host/intestinal microbiota interaction. LS-CCP4 Data Collection and Structure Solution Workshop Online, November 30th - December 11th 2020

Le mutualisme qui relie les animaux et leurs communautés microbiennes (ou microbiotes) façonne de nombreux aspects de leur biologie, en particulier la croissance juvénile en cas de sous-nutrition chronique. Nous cherchons à élucider les mécanismes moléculaires qui sous-tendent l'interaction mutualiste entre l'hôte juvénile et son microbiote intestinal, et souhaitons identifier les réseaux génétiques bactériens et animaux impliqués dans ce phénomène de promotion de croissance. Dans ce but, les animaux à microbiote contrôlés (gnotobiotiques) sont des modèles de choix permettant d'étudier les symbioses hôte/microbiote d'une manière intégrée. En utilisant des modèles de drosophile et souris gnotobiotiques, nous avons précédemment démontré un lien causal entre les activités du microbiome et la promotion de la croissance animale. A l'aide de ces modèles, nous souhaitons à présent identifier le dialogue moléculaire fin qui sous-tend la promotion de la croissance animale par le microbiome.

Coordinateur du projet

Monsieur François LEULIER (INSTITUT DE GENOMIQUE FONCTIONNELLE DE LYON)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

MMSB Microbiologie Moléculaire et Biochimie Structurale
MICALIS MICrobiologie de l'ALImentation au Service de la Santé Humaine
IGFL INSTITUT DE GENOMIQUE FONCTIONNELLE DE LYON

Aide de l'ANR 526 834 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2018 - 36 Mois

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