> Pathogénie microbienne moléculaire - INSERM U389
• Résumé
• Saga Shigella
• Objectifs
• Génétique
• Biologie Cellulaire
• Immunologie
• Vaccins
3 - Bases moléculaires et cellulaires de la rupture, de l’invasion
et de la destruction inflammatoire de la barrière épithéliale intestinale
par Shigella. Le Yin et le Yang de l’immunité innée.
Chercheurs statutaires : Philippe Sansonetti, Régis Tournebize, Laurence Arbibe.
Chercheur post-doctoral : Stephen Girardin.
Ingénieurs : Thierry Pédron, Monique Singer.
Une analyse détaillée des mécanismes complexes de subversion de la structure intégrée que représente la barrière intestinale est en cours. Une modélisation a été réalisée et des systèmes expérimentaux développés in vitro et in vivo.
Un paradigme émerge, selon lequel Shigella utilise l’inflammation qu’elle génère initialement pour déstabiliser la barrière épithéliale et faciliter l’invasion du tissu intestinal. Le coût pour l’hôte, à court terme, est un renforcement de la réaction inflammatoire aboutissant à une destruction sévère de la muqueuse recto-colique, à terme, cependant, les cellules effectrices de cette réaction inflammatoire, en particulier les plynucléaires neutrophiles éradiquent le microorganisme invasif ( , ). Deux découvertes ont dominé cet aspect de l’étude physiopathologique : la démonstration que Shigella cause l’apoptose des macrophages ( ) et que cet évènement fait partie, voire initie, le processus inflammatoire, et la démonstration de l’existence d’un système de perception intracellulaire des pathogènes qui amène la cellule épithéliale à participer elle même à la réaction inflammatoire ( ).
Les cellules M de l’épithélium associé aux follicules lymphoïdes (FAE) se comportent comme
un “Cheval de Troie” permettant à Shigella de traverser la barrière épithéliale.
Rôle central de l’apoptose du macrophage dans la survie de la bactérie et l’initiation de l’inflammation.
L’identification du site initial d’entrée d’un pathogène est essentielle à la compréhension de l’intégralité de la chaîne du processus infectieux. Elle permet aussi de mieux cibler les stratégies de développement vaccinal. La traversée du FAE ) via les cellules M fut initialement suggérée par des données obtenues chez le singe macaque rhésus et confirmée dans le modèle d’invasion de l’anse intestinale ligaturée du lapin ( , ). La démonstration que Shigella pénètre la barrière intestinale de son hôte au niveau des sites inductifs de l’immunité muqueuse fut un encouragement fort à utiliser une forme génétiquement atténuée de Shigella comme candidat vaccinal.
La phagocytose de la bactérie entrante par les macrophages résidents dans le dôme folliculaire est la conséquence naturelle de ce passage initial à travers le FAE. Faisant suite à la démonstration de la destruction rapide des macrophages infectés in vitro par Shigella invasive et non par un variant non invasif ayant été curé du plasmide pWR100 ( ), il fut démontré que ce processus de mort cellulaire correspondait à l’apoptose ( ) et qu’il survenait massivement in vivo ( ). Il s’agit là de la première démonstration de la mort apoptotique d’une cellule phagocytaire causée par une bactérie. Le mécanisme d’induction de l’apoptose est causé par la protéine IpaB ( ) et, de façon inattendue, résulte en la mise en place d’une cascade pro-inflammatoire menant à la libération massive d’IL-1b( ). Cette observation a permis d’élucider, en collaboration avec le groupe d’Arturo Zychlinsky, le mécanisme d’action d’IpaB qui active caspase-1 (un homologue de Ced-3 chez Caenorhabditis elegans), avec deux conséquences : (i) la maturation de l’IL-1? et de l’IL-18, (ii) et l’apoptose de la cellule infectée ( ). l'IL-1 induit et IL-18 semblent jouer des rôles antagonistes. l'IL-1 induit induit la rupture de l’épithélium et facilite le diffusion et l’invasion bactérienne alors que l’IL-18 programme l’éradication de Shigella par l’induction de la production d’Interféron b( , ).
Diffusion de l’inflammation et invasion bactérienne : le rôle central des cellules épithéliales.
Le rôle majeur joué par la cellule épithéliale infectée par Shigella dans le développement de l’intense inflammation qui, à terme, détruit la barrière épithéliale, a été confirmé et analysé. IL-8, IL-1'beta' et TNF'alpha' en sont des médiateurs essentiels. Ceci a été étudié par une combinaison de modèles in vitro et in vivo. Sous l’effet de cytokines pro-inflammatoires et de LPS apical qu’elles sont susceptibles d’internaliser ( , ), mais, plus encore, une fois envahies par Shigella, ( ), les cellules épithéliales activent la voie NF-kB et produisent de ce fait une grande quantité de médiateurs pro-inflammatoires, en particulier de l’IL-8. Cette chimiokine induit l’attraction des polynucléaires neutrophiles qui rompent l’imperméabilité de la barrière épithéliale et permettent ainsi l’accès des bactéries apicales au pôle baso-latéral des cellules qu’elles peuvent envahir ( , ). Une fois intracellulaire, Shigella active rapidement et de façon non régulée la voie NF-kB et la voie des kinases de stress comme JNK. Nod1, un des membres d’une large famille de protéines analogues aux protéines de résistance des plantes, participe à la perception de motifs (PAMPs) de la bactérie invasive et induit l’activation de NF-kB et JNK par un mécanisme dépendant de la protéine RICK ( ). Il s’agit ici de la première démonstration qu’une cellule eucaryote peut reconnaître une bactérie intra-cellulaire. Vu sous cet angle, la famille Nod pourrait représenter un équivalent intracellulaire de la famille TLR.
L’analyse transcriptionnelle globale des cellules épithéliales infectées par Shigella a été réalisée à l’aide des puces AFFYMETRIX. Cette étude a largement confirmé le profil pro-inflammatoire du transcriptome observé après infection par une souche invasive de Shigella. De plus, il apparait que le niveau d’endotoxicité du lipide A tel qu’il est produit par le degré d’acylation que contrôle les gènes msbB (l’un chromosomique, l’autre plasmidique, codant pour des acyl-oxacyl transférases) jouent un rôle important dans la rupture de l’épithélium infecté, essentiellement par l’induction de quantités importantes de TNF'alpha'( ).
Au delà de la compréhension des mécanismes précis de la pathogénicité de Shigella, ces travaux sur l’inflammation apportent un schéma plus général de compréhension des voies de signalisation amenant à l’inflammation intestinale au cours de maladies comme la recto-colite hémorragique et la Maladie de Crohn.
Afin de mieux étudier la dynamique des processus infectieux in vivo, des méthodes sont développées pour assurer un suivi en temps réel. Il s’agit de l’Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) appliquée à l’étude du petit animal (travail effectué avec le groupe de Jean-Claude Beloeil (CNRS, Gif). Dans ce contexte, les conditions ont été établies pour l’étude du développement d’une pneumonie infectieuse. En complément, la microscopie intravitale est aussi développée.