Les cellules épithéliales constituent la première ligne de défense face à l’infection et jouent un rôle actif dans l'immunité innée. Par la sécrétion locale de cytokines, ces cellules sont capables d'orchestrer la réponse immunitaire contre les pathogènes invasifs. L'activation des récepteurs de reconnaissance de pathogènes, qu’ils soient intracellulaires ou extracellulaires, conduit à une cascade de signalisation complexe. Cette dernière entraîne l'activation du facteur de transcription NF-kB ainsi que la production ultérieure de cytokines pro-inflammatoires. Cependant, les mécanismes moléculaires qui gouvernent ce processus n'ont pas été entièrement élucidés. La bactérie à Gram négatif Shigella flexneri est un pathogène humain majeur à l’origine de la dysenterie bacillaire. Cette maladie se caractérise par une inflammation aiguë du colon qui peut entraîner la destruction du tissu intestinal et même dans les cas les plus graves, la mort. En effet, S. flexneri peut envahir les cellules épithéliales du colon et se répliquer dans leur cytoplasme. Après la détection de bactéries intracellulaires, les cellules infectées et non infectées déclenchent des voies de signalisation inflammatoire, ce qui entraîne une production massive d'interleukine-8. En utilisant S. flexneri comme modèle d'infection, nous avons identifié une nouvelle voie de signalisation qui joue un rôle central dans l'activation de NF-kB et la production d'IL-8 qui en résulte lors des infections bactériennes à Gram négatif. Après la détection cytosolique des bactéries, les protéines TIFA forment des oligomères à travers un processus dépendant de leur thréonine en position 9, ainsi que de leur domaine « Forkhead-associated ». D’une part, ces oligomères interagissent avec TRAF6, ce qui conduit à l’oligomérisation de cette dernière et à l'activation subséquente de NF-kB. D'autre part, nous montrons que l'oligomérisation de TIFA dépend de la kinase ALPK1 et que cette voie est activée en réponse au métabolite bactérien heptose-1, 7-bisphosphate. Ces observations pourraient être étendues au pathogène entéro-invasif Salmonella typhimurium ainsi qu'à la bactérie extracellulaire Neisseria meningitidis. Nos résultats démontrent donc le rôle central de la voie de signalisation ALPK1-TIFA-TRAF6 en réponse aux pathogènes bactériens à Gram négatif intracellulaires et extracellulaires. Ainsi, ces travaux contribuent à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires régissant la réponse immunitaire des cellules épithéliales aux bactéries pathogènes. / Epithelial cells represent the first line of defense against pathogens and play an active role in innate immunity. Via local secretion of cytokines, they are able to orchestrate the immune response against invading pathogens. The activation of both intracellular and extracellular pathogen recognition receptors leads to a complex signaling cascade, resulting in the activation of the transcription factor nuclear factor kB(NF-kB)and the subsequent production of pro-inflammatory cytokines. However, the molecular mechanisms governing this process have not been fully elucidated. The Gram-negative bacterium Shigella flexneriis an important human pathogen and the causative agent of bacillary dysentery. This disease is characterized by acute inflammation of the colon resulting in the destruction of the intestinal tissue and, in severe cases, death. S. flexneri can invade and replicate within colonic epithelial cells. Following detection of the bacteria, both infected and uninfected bystander cells initiate inflammatory signaling pathways, which result in massive interleukin-8 (IL-8) production by the latter. Using S. flexneri as a model of infection, we have identified a novel signaling pathway, which is central to the activation of NF-kB and the subsequent production of IL-8 during Gram-negative bacterial infections. Following the cytosolic detection of bacteria, the protein TRAF-interacting factor with forkhead-associated domain (TIFA) forms oligomers, a process dependent on its threonine at position 9 and theforkhead-associated domain. These oligomers interact withTNF receptor associated factor (TRAF)6, leading to its oligomerization and the subsequent activation of NF-kB. In addition, we show that oligomerization of TIFA is dependent on the kinase alpha-kinase(ALPK)1 and that this pathway is activated in response to the detection of the bacterial metabolite heptose-1, 7-bisphosphate (HBP). These observations could be extended to the enteroinvasive pathogen Salmonella typhimurium as well as the extracellular bacteria Neisseria meningitidis. Our results therefore demonstrate the central role of the ALPK1-TIFA-TRAF6 signaling pathway in response to HBP of both intracellular and extracellular Gram-negative bacterial pathogens, and offer a better understanding of the molecular mechanisms governing the epithelial cell immune response to pathogenic bacteria.

Eines der prävalentesten humanen Pathogene ist das Magenbakterium Helicobacter pylori, welches ca. die Hälfte der Weltbevölkerung infiziert. Die Persistenz geht mit einer chronischen Gastritis einher, welche bis zu Magenkrebs fortschreiten kann. H.pylori bedient sich diverser Mechanismen um sich der Erkennung des Immunsystems zu entziehen und somit eine chronische Infektion zu ermöglichen. Erhöhte Expression des Immunzellinhibitors PD-L1 wurde in Magenepithelzellen gefunden, welche mit diesem Gram-negativen Erreger infiziert wurden. In dieser Arbeit wurde die Regulation auf in vitro Ebene untersucht, wobei zwei unterschiedliche Mechanismen identifiziert wurden. Ursächlich für die frühe PD-L1-Induktion ist die ADP-heptose/ALPK1 Signalkaskade. Der bakterielle Metabolit ADP-heptose, welcher für die Bildung von LPS benötigt wird, wurde als PAMP identifiziert, welcher durch das Sekretionssystems cagT4SS in die infizierte transportiert und anschließend von der Host Kinase ALPK1 erkannt wird. Gegensätzlich hierzu, wurde festgestellt, dass die zweite PD-L1-Hochregulation auf der metabolischen Reprogrammierung des Wirts beruht. Ein Merkmal von H. pylori ist dessen Bedarf an Cholesterin, welches es aus dem Medium oder aus membranösen Lipidregionen des Wirts extrahiert wird. Es konnte bewiesen werden, dass dieser Sterol-Abbauprozess zu einer erhöhten Stoffwechselaktivität führt, die spezifisch mit einer Zunahme der Glykolyse verbunden ist und mit einer Expressionsverschiebung des ersten Glykolyseenzyms Hexokinase von der Isoform 1 zu 2 einhergeht. Knockdown und Knockout- Experimente wiesen auf einen Zusammenhang mit der Regulation des Immunzellinhibitoren PD-L1 hin. / One of the most prevalent bacteria is the gastric bacterium Helicobacter pylori, which infects half of the world’s population. Persistence is accompanied with chronic gastritis which can progress towards gastric cancer. Several strategies are used by H.pylori to evade the immune system, enabling chronic infection. Heightened expression of the immune cell inhibitor PD-L1 was found in gastric epithelial cells, infected with this Gram-negative pathogen. Within this thesis, upregulation was studied in in vitro models, revealing two distinct mechanism. Causative for early PD-L1 induction is the ADP heptose/ALPK1 signaling axis. The bacterial metabolite ADP heptose, which is needed for LPS synthesis, was identified as PAMP, which is transported through the secretion system cagT4SS into the infected cell and is recognized by the host kinase ALPK1. In contrast, late upregulation of PD-L1 was found to be linked to metabolic reprogramming upon infection. Characteristic to H.pylori is its need of cholesterol, which it has to extract from the surrounding medium or lipid-rich regions within the host membrane. It could be shown that this sterol extraction process is accompanied with an increased metabolic activity which is linked with enhanced glycolysis and an expression shift of the glycolytic enzyme hexokinase isoform 1 to 2. Knockdown and knockout experiments showed a link between HK2 and regulation of the immune checkpoint PD-L1.