CE15 - Immunologie, Infectiologie et Inflammation

Contribution des Effecteurs du Système de Sécrétion de Type VI à la pathogénicité des Escherichia coli adhérents-invasifs – EffAIECTS

Contribution du Système de Sécrétion de Type VI à la pathogénicité des Escherichia coli adhérents-invasifs: compétition antibactérienne, toxines, microbiote intestinal et maladie de Crohn

Le système de sécrétion de type VI (SST6) est une nanomachine bactérienne impliquée dans la compétition interbactérienne et dans la virulence, par la sécrétion d'effecteurs. Une gaine contractile propulse un tube surmonté d’une pointe. En interagissant avec la pointe, les effecteurs sont injectés directement dans des bactéries et/ou des cellules eucaryotes. Les Escherichia coli adhérents-invasifs sont impliqués dans la maladie de Crohn, une maladie inflammatoire chronique du tube digestif.

Quel est le rôle du SST6 et de ses effecteurs dans la pathogénicité d'AIEC et dans la dysbiose induite par les souches AIEC? Comment les effecteurs sont-ils injectés?

De nombreuses études ont montré que la muqueuse iléale des patients atteints de MC est anormalement colonisée par les AIEC (chez 21 à 63 % des patients). Les souches AIEC sont capables d’adhérer et de promouvoir leur internalisation dans les cellules épithéliales intestinales, de survivre et de se multiplier dans les cellules macrophagiques et de coloniser la muqueuse iléale des patients atteints de la maladie de Crohn. Le SST6 est impliqué directement dans la virulence, et/ou indirectement en éliminant les autres bactéries d’une niche afin de favoriser la colonisation et la persistance au sein d’une niche écologique. <br />L’analyse du génome de la souche AIEC de référence révèle la présence d’îlots de pathogénicité codant pour deux SST6s. La contribution du SST6 à la virulence des AIEC n’est pas connue. <br />Notre hypothèse de travail est que les AIEC pourraient utiliser leur SST6 et les toxines correspondantes pour favoriser leur colonisation dans l’intestin, par l’élimination des microorganismes compétiteurs ou via l’établissement d’un état inflammatoire suite au déséquilibre du microbiote ou à l’activité des toxines sur les cellules intestinales.

Ce projet combine des approches complémentaires de microbiologie moléculaire, biochimie, biologie structurale, biologie cellulaire et des modèles animaux afin de comprendre comment les toxines des AIEC participent à leur pathogénicité. En particulier nous étudierons les deux effecteurs les plus prévalents chez les souches AIEC, deux toxines prédites pour cibler les membranes. Nous caractériserons les complexes effecteur/pointe de la flèche. Nous testerons la participation de chaque effecteur à l’activité antibactérienne et anti-eucaryote des AIEC. Nous déterminerons l’activité, le mode d’action et les conséquences sur les cellules cibles de l’injection ou de la production de ces effecteurs. Afin de déterminer la participation du SST6 dans la dysbiose induite par les souches AIEC, nous utiliserons différents modèles de souris, en particulier des modèles de souris à microbiote contrôlé, pour comparer l’impact des AIEC et de mutants du SST6 et de ses effecteurs sur le microbiote intestinal. Le microbiote de patients porteurs ou non d’AIEC possédant ou non un SST6 sera également étudié.

Nos premiers résultats concernent la partie caractérisation des complexes effecteurs/pointe. Nous avons purifié et déterminé la structure à haute résolution du complexe effecteur/pointe d'un système homologue chez Escherichia coli entéroaggregative. Nous avons ainsi pu visualiser comment la toxine s'attache à la flèche et observé l'inhibition de la toxine en complexe avec sa flèche.
La caractérisation de l'activité des effecteurs d'AIEC ciblant la membrane, ainsi que l'étude de leur mode d’action et des conséquences sur les cellules cibles de leur injection in vivo et in vitro est en cours.

Comprendre la contribution de effecteurs des AIEC dans la virulence ou dans la compétition antibactérienne participant à la colonisation de l’intestin permettra d’envisager de nouvelles stratégies inhibitrices ou probiotiques pour les patients atteints de la maladie de Crohn.

1. Flaugnatti N, Rapisarda C, Rey M, Beauvois SG, Nguyen VA, Canaan S, Durand E, Chamot-Rooke J, Cascales E, Fronzes R, Journet L. (2020) Structural basis for loading and inhibition of a bacterial T6SS phospholipase effector by the VgrG spike. EMBO J. e104129. doi: 10.15252/embj.2019104129
2. Cherrak Y, Flaugnatti N, Durand E, Journet L, Cascales E. (2019) Structure and Activity of the Type VI Secretion System. Microbiol Spectr.7(4) PSIB-0031-2019.

Le système de sécrétion de type VI (SST6) est une nanomachine bactérienne, présente notamment chez les bactéries à Gram négatif commensales et pathogènes de l’intestin. Les SST6s sont impliqués dans la compétition interbactérienne et dans la virulence, par la sécrétion de différents effecteurs anti-procaryotes (enzymes dégradant le peptidoglycane), anti-eucaryotes (remodelage du cytosquelette), ou les deux (phospholipases, DNases). Le SST6 est donc impliqué directement dans la virulence, et/ou indirectement en éliminant les autres bactéries d’une niche afin de favoriser la colonisation et la persistance au sein d’une niche écologique. Le SST6 est un complexe macromoléculaire: un complexe membranaire ancré dans l’enveloppe bactérienne recrute une plateforme permettant l’assemblage d’une queue contractile. La queue est entourée par un fourreau et surmontée d’une aiguille perforatrice, la pointe. La queue s’assemble sous forme étendue, et lors du contact avec une cellule cible, la contraction du fourreau entraîne la propulsion du tube et de l’aiguille directement dans la cellule cible. En interagissant avec le tube ou la pointe, les toxines (les effecteurs) sont injectées directement dans des bactéries et/ou des cellules eucaryotes cibles.
Les Escherichia coli adhérents-invasifs (AIEC) sont impliqués dans la maladie de Crohn (MC), une maladie inflammatoire chronique du tube digestif. De nombreuses études ont montré en effet que la muqueuse iléale des patients atteints de MC est anormalement colonisée par les AIEC (chez 21 à 63 % des patients). Les souches AIEC sont capables d’adhérer et de promouvoir leur internalisation dans les cellules épithéliales intestinales, de survivre et de se multiplier dans les cellules macrophagiques et de coloniser la muqueuse iléale des patients atteints de la maladie de Crohn.
L’analyse du génome de la souche AIEC de référence révèle la présence d’îlots de pathogénicité codant pour deux SST6s. La contribution du SST6 à la virulence des AIEC n’est pas connue. Notre hypothèse de travail est que les AIEC pourraient utiliser leur SST6 et les toxines correspondantes pour favoriser leur colonisation dans l’intestin, par l’élimination des microorganismes compétiteurs ou via l’établissement d’un état inflammatoire suite au déséquilibre du microbiote ou à l’activité des toxines sur les cellules intestinales.
Ce projet combine des approches complémentaires de microbiologie moléculaire, biochimie, biologie cellulaire et des modèles animaux afin de comprendre comment les toxines des AIEC participent à leur pathogénicité. En particulier nous étudierons les deux effecteurs les plus prévalents chez les souches AIEC, deux toxines prédites pour cibler les membranes. Nous caractériserons les complexes effecteur/pointe de la flèche. Nous identifierons les partenaires protéiques nécessaires à l’activation des toxines dans la cellule cible par la fusion de la toxine avec la biotine ligase et l’identification de ses partenaires biotinylés. Nous testerons la participation de chaque effecteur à l’activité antibactérienne et anti-eucaryote des AIEC. Nous déterminerons l’activité, le mode d’action et les conséquences sur les cellules cibles de l’injection ou de la production de ces effecteurs. Afin de déterminer la participation du SST6 dans la dysbiose induite par les souches AIEC, nous utiliserons différents modèles de souris, en particulier des modèles de souris à microbiote contrôlé, pour comparer l’impact des AIEC et de mutants du SST6 et de ses effecteurs sur le microbiote intestinal. Le microbiote de patients porteurs ou non d’AIEC possédant ou non un SST6 sera également étudié.
Comprendre la contribution de ces effecteurs dans la virulence ou dans la compétition antibactérienne participant à la colonisation de l’intestin permettra d’envisager de nouvelles stratégies inhibitrices ou probiotiques pour les patients atteints de la maladie de Crohn.

Coordinateur du projet

Madame Laure Journet (Centre National de la Recherche Scientifique Délégation Provence et Corse _Laboratoire d'ingénierie des systèmes macromoléculaires)

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

M2iSH MICROBES, INTESTIN, INFLAMMATION ET SUSCEPTIBILITÉ DE L'HÔTE
LISM Centre National de la Recherche Scientifique Délégation Provence et Corse _Laboratoire d'ingénierie des systèmes macromoléculaires

Aide de l'ANR 460 645 euros
Début et durée du projet scientifique : mars 2019 - 42 Mois

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