Les bactéries du genre Shigella sont responsables de la dysenterie bacillaire, ou shigellose, chez l'être humain, causant plus de 125 millions d'épisodes et 14 000 morts par an. Cette infection est caractérisée par l'inflammation et la destruction de la muqueuse intestinale. La bactérie utilise un système de sécrétion de type III (SST3) pour manipuler la physiologie des cellules épithéliales intestinales et du système immunitaire favorisant l'invasion de la muqueuse et enrayant la mise en place d'une réponse adaptative efficace. Le SST3 peut être comparé à une seringue moléculaire traversant la paroi bactérienne sous la forme d'anneaux membranaires, contenant une tige interne (MxiI), et d’une aiguille extracellulaire (MxiH). L'assemblage de cette dernière se termine par la mise en place d'un complexe d'extrémité formé par plusieurs copies des protéines IpaD et IpaB. Le SST3 prend en charge différentes classes de substrats à sa base via un complexe protéique comprenant l'ATPase Spa47. Les translocateurs (IpaB et IpaC) sont les premiers substrats à être sécrétés. Ceux-ci sont stockés dans le cytoplasme en complexe avec leur chaperon IpgC et sont recrutés à l'extrémité de l'aiguille lors du contact avec la membrane de la cellule hôte pour y former un pore à l'aide de la protéine IpaD. Ce pore permet l'injection des autres substrats du SST3 (effecteurs) qui vont interférer avec les voies de signalisation cellulaire. Il existe deux classes d'effecteurs, les effecteurs précoces (dont OspD1) stockés au préalable dans le cytoplasme et sécrétés suite au contact cellulaire. Ce contact active l’expression des effecteurs tardifs via un couplage assuré par deux complexes, OspD1-MxiE et translocateurs-IpgC. La sécrétion d’OspD1 et des translocateurs libère leurs partenaires qui agissent comme activateurs transcriptionnels. La régulation de la sécrétion dépend de plusieurs acteurs situés dans les différentes parties du SST3. Le complexe d'extrémité et la protéine MxiC contrôlent la sécrétion aux niveaux extra- et intracellulaires alors que l'aiguille transmettrait le signal de sécrétion entre ces deux complexes. Ce paradigme reste cependant encore peu compris et le mode de fonctionnement du complexe d’extrémité et de la protéine MxiC reste à éclaircir.<p>Nos travaux menés sur la protéine IpaD nous ont permis de mettre en évidence un phénotype de sécrétion intermédiaire. Celui-ci est caractérisé par la sécrétion des translocateurs et des effecteurs précoces, sans toutefois observer de sécrétion d’OspD1 et des effecteurs tardifs, suggérant un mécanisme de discrimination entre OspD1 et les effecteurs précoces. Ce phénotype de sécrétion est similaire à celui induit par l’interaction IpaD-désoxycholate. En effet, les variants d’ipaD restant fonctionnels pour la mise en place du pore provoquent également une augmentation de l’insertion des translocateurs et du pouvoir invasif. Nous avons également identifié la région d’IpaD nécessaire au maintien d’IpaB au niveau du complexe d’extrémité ainsi qu’un rôle de son domaine central dans l’insertion du pore. Nous avons enfin étudié l’effet d’anticorps monoclonaux anti-IpaD. Ces résultats nous ont permis de proposer un modèle de fonctionnement du complexe d’extrémité lors de l’insertion du pore, d’identifier les épitopes conférant une protection in vitro et in vivo ainsi que l’existence d’un polymorphisme qui empêche la liaison de ces anticorps à IpaD provenant d’autres sérotypes.<p>Notre étude sur MxiC a mis en évidence de nouveaux partenaires d’interaction (MxiI et IpgC). Ces résultats montrent que l’interaction MxiC-MxiI est nécessaire pour la régulation de la sécrétion des effecteurs précoces par MxiC. De même, la mutation mxiIQ67A provoque un phénotype similaire à la mutation mxiHK69A, ce qui suggère que le mécanisme de régulation impliquant l’aiguille est similaire pour la tige interne. Enfin, l’interaction renforcée MxiC-Spa47, via IpgC probablement couplée à un translocateur, apporte des pistes quant au rôle de MxiC dans la sécrétion des translocateurs.<p>Les rôles identifiés pour les différents régulateurs de la sécrétion ouvrent de nouvelles pistes pour la compréhension du fonctionnement du SST3. Leurs modes de fonctionnement restent cependant encore flous et nécessitent des études complémentaires.<p><p><p>Shigella are responsible for bacillary dysentery, or shigellosis, in human beings causing over 125 million episodes and 14 000 deaths per year. This infection is characterized by inflammation and destruction of the intestinal mucosa. The bacteria use a type III secretion system (T3SS) to manipulate the physiology of intestinal epithelial cells and the immune system favoring the invasion of the mucosa and halting the development of an efficient adaptive response. The T3SS can be compared to a molecular syringe that extends from the bacterial cell wall which contains an internal rod (MxiI), and an extracellular needle (MxiH). The assembly of the latter ends with assembly of a tip complex formed by multiple copies of IpaB and IpaD proteins. The T3SS recruits different classes of substrates at its base via a complex comprising the Spa47 ATPase. The translocators (IpaB and IpaC) are the first substrates to be secreted. They are stored in the cytoplasm in complex with their chaperone (IpgC) and are recruited at the needle tip upon contact with host cell membrane to form a pore via IpaD. This pore allows the injection of other substrates of the T3SS (effectors), which will interfere with the cellular signaling pathways. There are two classes of effectors, early effector (including OspD1) stored in the cytoplasm and secreted upon cell contact. This contact activates the expression of late effectors genes through a complex formed by MxiE (blocked by OspD1) and IpgC. Both proteins are released through OspD1 and translocators secretion. Secretion regulation depends on several actors located at different parts of the T3SS. The tip complex and the gatekeeper MxiC regulate secretion at the T3SS tip and base, the needle subunits transmitting a secretion signal between these two complexes. This paradigm, however, is still poorly understood and the operating mode of the tip complex and MxiC remains unclear.<p><p>Our work on IpaD protein allowed us to identify an intermediate secretion phenotype which is characterized by the secretion of translocators and early effector, but no secretion of OspD1 and late effectors, suggesting a discriminating mechanism between early effectors and OspD1. This secretion phenotype is similar to that induced by deoxycholate-IpaD interaction. Indeed, IpaD point mutants responsible for this phenotype cause an increase in the pore insertion and cell invasion. We also identified the region of IpaD necessary to maintain IpaB at the needle tip as well as a role of IpaD central domain in the pore insertion. We finally studied the effect of anti-IpaD monoclonal antibodies. These results allowed us to propose a working model of the tip complex end upon pore insertion, identify epitopes conferring protection in vitro and in vivo as well as the existence of a polymorphism that prevents the binding of these antibodies to IpaD from other serotypes.<p><p>Our MxiC study showed new interaction partners (MxiI and IpgC). These results showed that the MxiC-MxiI interaction is necessary for the regulation of early effectors secretion of by MxiC. Moreover, a mxiIQ67A mutation causes a phenotype similar to the mutation mxiHK69A, suggesting that the regulatory mechanism involving the needle is shared by the inner rod. Finally, the enhanced interaction MxiC-Spa47 through IpgC, probably in complex with a translocator, provides clues for the role of MxiC in translocators secretion.<p><p>The roles identified for the various regulators of secretion open up new avenues for understanding how the T3SS functions. Their ways of working are however still unclear and require further study.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished
| Identifer | oai:union.ndltd.org:ulb.ac.be/oai:dipot.ulb.ac.be:2013/209153 |
| Date | 22 January 2015 |
| Creators | Schiavolin, Lionel |
| Contributors | Lebrun, Philippe, Van Melderen, Laurence, Rasschaert, Joanne, Dessen, Andréa, Mascart, Françoise, Muraille, Eric, Letesson, Jean-Jacques, Braun, Michel Y |
| Publisher | Universite Libre de Bruxelles, Université libre de Bruxelles, Faculté de Médecine – Sciences biomédicales, Bruxelles |
| Source Sets | Université libre de Bruxelles |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:ulb-repo/semantics/doctoralThesis, info:ulb-repo/semantics/openurl/vlink-dissertation |
| Format | No full-text files |
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