Notre système immunitaire détecte les microorganismes via des molécules absentes de l’hôte appelées MAMPs. Mais étant donné que les MAMPs sont exprimés par tous les microorganismes indépendamment de leur potentiel pathogène, ce mécanisme n’explique pas comment le système immunitaire distingue les microorganismes pathogènes des non-pathogènes. De récents travaux ont mis en évidence un mécanisme de détection de l’activité des facteurs de virulence bactériens. En utilisant la drosophile, notre laboratoire a précédemment démontré que l’activation de la Rho GTPase Rac2 par la toxine CNF1 d’Escherichia coli induisait une réponse immunitaire innée conservée au cours de l’évolution chez le mammifère et similaire à l’immunité induite par les effecteurs chez la plante. Par la suite, nous avons évalué l’importance de cette réponse immunitaire au cours de la bactériémie chez la souris et démontré le rôle central de la cytokine IL-1β dans l’élimination des bactéries en réponse à la détection de CNF1. Des expériences in vitro nous ont permis d’identifier les mécanismes moléculaires mis en jeu et l’inflammasome responsable de l’activation de la caspase-1 et du clivage de l’IL-1β. De manière intéressante, CNF1 est toujours co-exprimée avec la toxine hémolysine-α (HlyA) dans les souches pathogènes d’E. coli. En outre, nous avons découvert que l’HlyA bloquait l’élimination des bactéries induite par CNF1 au cours de la bactériémie et inhibait la sécrétion de l’IL-1β. Ici, nous avons rapporté le premier exemple d’immunité induite par une toxine (CNF1) et contrecarrée par une autre (HlyA). / Our immune system detects microorganisms via molecules absent from the host called MAMPs. Since MAMPs are shared by all microorganisms regardless of their pathogenic potential, this mechanism does not explain how the immune system distinguishes between pathogenic and non pathogenic microorganisms. The detection of the activities of pathogen-encoded virulence factors has emerged as a new paradigm of pathogen recognition. Using Drosophila we previously demonstrated that the Escherichia coli CNF1 toxin-induced activation of the Rho GTPase Rac2 is sufficient to initiate a defense signal evolutionarily conserved from flies to mammals and similar to Effector-Triggered Immunity in plants. We further addressed the importance of this innate immune mechanism during bacteremia in mice and demonstrated the central role of the IL-1β cytokine in the clearance of bacteria in response to the detection of CNF1. In vitro experiments allowed us to identify the involved molecular mechanisms and the inflammasome responsible of caspase-1 activation and IL-1β maturation. Interestingly, CNF1 is always co-expressed with α-hemolysin toxin in pathogenic E. coli. In addition, we found that HlyA blocked the elimination of bacteria induced by CNF1 during bacteremia and inhibited the secretion of IL-1β. Here, we have reported the first example of immunity induced by a toxin (CNF1) and counteracted by another (HlyA).

Les systèmes toxine-antitoxine (TA) sont composés d’une toxine intracellulaire qui cible un processus cellulaire essentiel et qui est neutralisée par une antitoxine. Ces systèmes sont très abondant chez les bactéries et sont impliqués dans la réponse aux stress, la formation de biofilm, le phénomène de persistance, etc.<p>Mon projet de thèse a porté sur l’étude de la diversité des systèmes TA à deux niveaux. Dans un premier temps, plusieurs toxines de la famille RelE provenant de différentes espèces bactériennes et associées à des antitoxines non-canoniques ont été étudiées. Dans la seconde partie de ma thèse, nous avons caractérisé l’activation spécifique de deux systèmes TA d’Escherichia coli au niveau de la régulation transcriptionnelle du système et de l’activation de la toxine. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les systèmes toxine-antitoxine (TA) bactériens ont été découverts il y a une vingtaine d’année sur les plasmides à bas nombre de copie. Ils sont composés de deux gènes organisés en opéron, l’un codant pour une toxine stable et l’autre pour une antitoxine instable capable de neutraliser l’effet de la toxine. Les systèmes TA sont fortement représentés au sein de l’ensemble des génomes bactériens. Ils se localisent aussi bien sur des éléments génétiques mobiles (plasmides, phages, transposons,…) que dans les chromosomes, ce qui suggère que le transfert horizontal de gènes participe à leur dissémination. Le système TA ccd du plasmide F d’Escherichia coli (ccdF) est composé de l’antitoxine CcdA et de la toxine CcdB. Le système ccdF contribue à la stabilité du plasmide F en tuant les bactéries-filles n’ayant pas reçu de copies plasmidiques lors de la division bactérienne (tuerie post-ségrégationelle).<p>Au cours de ce travail, nous avons caractérisé un homologue du système toxine-antitoxine ccd du plasmide F (ccdF) qui se situe dans le chromosome de la souche pathogène E. coli O157:H7 EDL933 entre les gènes folA et apaH (ccdO157). Les systèmes ccdF et ccdO157 coexistent naturellement dans les souches d’E. coli O157:H7, le système ccdF se trouvant sur le plasmide pO157 qui dérive du plasmide F. Nos résultats montrent que l’antitoxine plasmidique CcdAF neutralise l’effet de la toxine chromosomique CcdBO157, tandis que l’antitoxine chromosomique CcdAO157 ne contrecarre pas la toxicité de la toxine plasmidique CcdBF. Nous avons également montré que le système ccdF cause une tuerie post-ségrégationelle, lorsqu’il est cloné dans un plasmide instable, dans une souche possédant le système chromosomique ccdO157. Le système ccdF est donc fonctionnel en présence de son homologue chromosomique. <p>Le système ccdO157 est absent du chromosome de la souche de laboratoire E. coli K-12 MG1655, où une région intergénique de 77 pb sépare les gènes folA et apaH. Celle-ci contient une séquence cible pour la transposition. Nous avons étudié la distribution du système ccdO157 au sein de 523 souches d’E. coli représentatives de l’ensemble des sérogroupes décrits. Nos résultats montrent que le système ccdO157 est présent au sein de souches appartenant à 47 sérogroupes différents. Nos résultats mettent en évidence la diversité de la région intergénique folA-apaH d’E. coli. Celle-ci peut contenir gènes codant pour des protéines présentant de l’homologie avec des protéines d’espèce bactériennes éloignées d’E. coli ou d’organismes eucaryotes, ainsi qu’un élément génétique mobile, l’IS621, ce qui montre que le système ccdO157 a intégré le chromosome d’E. coli via le transfert horizontal de gènes.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

CsrA is a global regulator and the main player of the carbon storage regulator (Csr) network, a well- conserved regulatory network in the bacterial world. CsrA is involved in regulation of many physiological processes, including pathways of central carbon metabolism, biofilm formation, motility and virulence in pathogenic species. CsrA acts at the post-transcriptional level by binding specific sequences on its target mRNAs, leading to mRNA destabilization or stabilization. The majority of studies were analyzing a csrA mutant of E. coli K-12 encoding a truncated form of the CsrA protein, retaining residual activity.<p>This work aims at further characterize the roles of CsrA by deleting the entire csrA gene in a recently isolated strain, the uropathogenic E. coli CFT073 strain. Deletion of csrA leads to a marked growth defect, indicating that this gene, although not essential, is primordial for growth. We performed experimental evolution of csrA deletion mutants. Compensatory mutants totally outcompete the original csrA deletion mutant after six days of culture, indicating that the applied selective pressures are strong. The ÄcsrA and three ÄcsrA evolved mutants were extensively analyzed by combining molecular techniques such as genetics, microscopy and use of fluorescent reporters, and global approaches, including comparative proteomics and whole genome sequencing.<p>Our data indicate that csrA deletion strongly affects central metabolism and energy status, constituting an endogenous metabolic stress that, in turn, induces specific stress responses. This work illustrates the interconnection of multiple regulation networks for responding to specific conditions and demonstrates the flexibility of metabolic network to compensate for genetic perturbations in E. coli.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les leucocytes sont connus pour jouer des rôles autant bénéfiques que néfastes dans le système nerveux central. La compréhension de leur mécanisme de recrutement est donc importante afin de contrôler leur circulation à travers la barrière hémato-encéphalique. De façon générale, l'adhésion forte est reconnue comme étant une étape clé de ce recrutement. Les principales actrices qui y sont impliquées sont les chimiokines et les intégrines. Cependant, l'identité de ces dernières peut changer selon le tissu, le stimulus et la nature des leucocytes recrutés. Dans ce travail, nous nous sommes intéressé à une population de leucocytes principalement composée de granulocytes : les leucocytes en forme de bâtonnets. Notre objectif principal a été de caractériser le mécanisme d'adhésion de ces cellules, dans le cerveau, en conditions inflammatoires via l'utilisation d'anticorps neutralisants ou d'animaux déficients pour les gènes d'intérêt. Notre hypothèse a été que l'intégrine αMβ2, via sa liaison avec ICAM-1, ainsi que l'une des chimiokines liant CXCR2, sont importantes pour adhésion des granulocytes en réponse à différents produits bactériens (la toxine pertussique (PTX) et le lipopolysaccharide (LPS)) et durant l'encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE). Afin de valider cette idée, nous avons, dans un premier temps, déterminé si l'expression spatio-temporelle d'ICAM-1 est régulée par la PTX et/ou le LPS et si son absence ainsi que la neutralisation d'αMβ2 influencent le recrutement des granulocytes. En second lieu, nous avons déterminé quel ligand de CXCR2 est le plus fortement exprimé dans ces conditions et vérifié si la neutralisation de cette chimiokine, CXCL1, affecte l'adhésion des granulocytes. Nos résultats ont démontré qu'ICAM-1 peut effectivement être régulée par le LPS et la PTX, qu'en réponse à cette dernière toxine, αMβ2 semble être l'unique intégrine responsable de l'adhésion des leucocytes bâtonnets et qu'elle joue son rôle via, entre autre, ICAM-1. De plus, il s'avère que CXCL1 et CXCR2 sont importants dans l'adhésion des granulocytes en réponse à la PTX et au LPS. Finalement, non seulement la neutralisation de CXCL1 diminue cette même adhésion durant l'EAE, mais réduit également la gravité de la maladie. En conclusion, dans ce projet, nous avons contribué à mieux comprendre le mécanisme de recrutement des granulocytes dans le cerveau sous différentes conditions inflammatoires.

Les colicines sont des toxines antibactériennes d’Escherichia coli qui sont relâchées par les cellules productrices (colicinogènes) dans le milieu extracellulaire en réponse à des conditions de stress environnementaux. Les colicines D et E3 sont des RNases qui clivent respectivement les tRNAArg et le 16S RNA ribosomique. Les deux colicines parvenues au cytoplasme de la cellule cible provoquent ainsi la mort par inactivation de la machinerie de biosynthèse des protéines. L’import de ces deux colicines nécessite d’abord le détournement de deux systèmes cellulaires différents (FepA/TonB ou BtuB/Tol) de leur fonction physiologique, permettant leur translocation à travers la membrane externe. L’idée que par la suite la translocation à travers la membrane interne nécessite au préalable une étape de processing des colicines nucléases est ancienne, mais elle n’a jamais été démontrée formellement. Nos travaux ont permis de montrer qu’une coupure endoprotéolytique des deux colicines constitue une étape de « processing » essentielle de leur action toxique. Nous avons détecté la présence du domaine C-terminal catalytique des deux colicines dans le cytoplasme des cellules cibles préalablement exposées à la toxine. Les mêmes fragments processés (PF) ont été identifiés dans les cellules sensibles et dans les cellules immunes contre ces colicines, qui sont protégées par une protéine d’immunité spécifique, formant un complexe neutre avec le domaine catalytique. Nous avons démontré que la protéase essentielle de la membrane interne, FtsH, est nécessaire au processing des deux colicines pendant leur import. Nous avons montré aussi que la signal-peptidase LepB, une autre enzyme essentielle de la membrane interne, interagit directement avec le domaine central de la colicine D in vitro et ainsi elle est un facteur protéique spécifiquement nécessaire au processing de la colicine D. Cependant ce n’est pas l’activité catalytique de LepB qui est impliquée dans la toxicité de la colicine D, mais elle jouerait un rôle structural. LepB ainsi faciliterait probablement l’association de la colicine D avec la membrane interne en vue de la reconnaissance de la toxine par FtsH. Nous avons aussi montré que la protéase OmpT de la membrane externe est responsable d’une coupure endoprotéolytique alternative, qui refléte probablement son rôle bien connu dans le système de défense des bactéries contre les peptides anti-microbiens. Même si cette coupure in vitro permet de libérer le domaine catalytique des colicines D et E3, il est établit maintenant que la protéase OmpT n’est pas impliquée dans le processing des colicines durant leur import dans le cytoplasme. / Colicins are antibacterial toxins of Escherichia coli that are released into the extracellular medium in response to environmental stress conditions. Colicin D is an RNase that cleaves the anticodon loop of all four isoaccepting tRNAArg. Colicin E3 cleaves 16 S ribosomal RNA. Both colicins provoke cell death by inactivating the protein biosynthetic machinery. Colicin producer cells are protected against both endogenous and exogenous toxin molecules by the constitutive expression of a cognate immunity protein, which forms a tight heterodimer complex with the nuclease domain of the colicin. The import of both colicins first requires the “hijack” of some distinct functions of the target cell (namely the BtuB/Tol and FepA/TonB systems, respectively), this allowing their translocation across the outer membrane. It has long been suggested that the import of nuclease colicins requires protein processing during the translocation across the inner membrane; however it had never been formally demonstrated. Our work shows that the two different RNase colicins E3 and D undergo a processing step inside the cell that is essential to their killing action. We have detected the presence of the C-terminal catalytic domains of these colicins in the cytoplasm of target bacteria. The same processed forms (PF) were identified in both colicin-sensitive cells and in cells immune to colicins, because of the expression of the cognate immunity protein. We demonstrate that the inner membrane protease FtsH is necessary for the processing of colicins D and E3 during their import. We also show that the signal peptidase LepB interacts directly with the central domain of colicin D in vitro and that it is a specific but not a catalytic requirement for in vivo processing of colicin D. The interaction of colicin D with LepB may ensure a stable association with the inner membrane that in turn allows the colicin recognition by FtsH. We have also shown that the outer membrane protease OmpT is responsible for alternative and distinct endoproteolytic cleavages of colicins D and E3 in vitro, presumably reflecting its known role in the bacterial defense against antimicrobial peptides. Even though the OmpT-catalyzed in vitro cleavage also liberates the catalytic domain from colicins D and E3, it is not involved in the processing of nuclease colicins during their import into the cytoplasm