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Institut de Biologie StructuraleGrenoble / France

Contacts relatifs à cet article / JOB Viviana
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Découverte et description d’une nouvelle stratégie de virulence des souches cliniques

Jusqu’en 2014, il était largement admis dans la communauté des Pseudomonas, que le principal mécanisme pathogène de P. aeruginosa nécessite le T3SS. Ce dogme a été remis en question lorsque nous avons découvert une nouvelle toxine, appelée Exolysine (ExlA), nécessaire à la destruction des cellules et des tissus [1]. Nous avons démontré que l’ExlA possède une activité de formation de pores, conduisant à la mort cellulaire [2,3]. En collaboration avec l’équipe de Dessen, nous avons acquis des connaissances sur la relation structure-fonction de ExlA [4].

https://youtu.be/gpVClMUGmoM

Fig. 1 : Modèle structurel partiel de l’ExlA basé sur les éléments TPS homologues présents dans la banque de données protéique. (Reboud et al., Toxins 2017)

Références
[1] Elsen et al (2014) Cell host & microbe 15(2):164-176.,
[2] Basso et al (2017) mBio 8(1).
[3] Reboud et al (2017) Toxins 9 ;9(11):364. doi : 10.3390/toxins9110364.
[4] Bertrand Q et al (2020) J Mol Biol. 24 ;432(16):4466-4480. doi : 10.1016/j.jmb.2020.05.025.

ExlA induit une perturbation des jonctions cellules-cellules

Les souches ExlA+ induisent une perturbation des jonctions entre cellules. De plus, la E-cadhérine aux jonctions épithéliales et la VE-cadhérine aux jonctions endothéliales, étaient manquantes après incubation avec les bactéries. Nous avons découvert que ADAM10, une protéase transmembranaire eucaryote, dont les substrats naturels sont les cadhérines, est activée par ExlA. La formation de pores par ExlA induit un afflux de calcium qui déclenche l’activation de ADAM10 et son exportation vers la membrane plasmique, où elle clive les cadhérines. En outre, nos travaux démontrent que ADAM10 n’est pas le récepteur cellulaire de ExlA et que l’afflux de calcium est également responsable du programme de mort cellulaire induit par ExlA. Nous avons montré que le mécanisme d’activation ADAM10/clivage de la cadhérine était également induit par ShlA, une toxine formant des pores sécrétée par Serratia marcescens, ce qui suggère que ce mécanisme pourrait être induit par plusieurs toxines formant des pores [5].


Figure prise dans Reboud E. et al (2017) PLOS Pathogens

Référence
[5] Reboud et al (2017) PLoS pathogens 13(8):e1006579.,

Toxicité d’ExlA in vivo

Nous avons d’abord analysé phénotypiquement la cohorte des souches ExlA-positive collectées dans le monde entier, révélant des niveaux différents d’expression des facteurs de virulence et divers modes de mortilité [6]. Chez la souris, la présence d’ExlA favorise la croissance des bactéries dans les poumons infectés et leur dissémination dans plusieurs organes. Elle induit des lésions importantes dans les alvéoles pulmonaires, en raison de sa capacité à déclencher la nécrose des cellules épithéliales et endothéliales, provoquant ainsi des hémorragies par rupture de la barrière alvéolo-capillaire [7].
L’hyperinflammation induite par P. aeruginosa est connue pour être délétère pour l’hôte. L’inflammation est orchestrée par l’activation des inflammasomes au sein des macrophages résidents, ce qui entraîne la maturation de l’IL-1β via une voie caspase-1-dépendante provoquant une mort cellulaire par pyroptose. IHMA87, la souche ExlA-positive qui a été particulièrement étudiée en laboratoire, est capable d’activer l’inflammation dans les macrophages dérivés de la moelle osseuse, conduisant à la pyroptose et à la sécrétion de l’IL-1β [8].
Pour comprendre le rôle de l’inflammasome dans l’infection in vivo par IHMA87, des souris sauvages ou déficientes en caspase 1 ont été infectées à l’aide d’un modèle de pneumonie aiguë. Les souris infectées ont mieux survécu lorsqu’elles étaient dépourvues de caspase-1, ce qui indique que l’hyperinflammation induite par la présence d’IHMA87 est préjudiciable pour les animaux. Certaines cytokines pro-inflammatoires (IL-6, IL-17a et KC) sont produites en plus faibles quantité et les neutrophiles sont recrutés en plus faible nombre dans les poumons déficients en caspase-1.
Donc, comme pour les souches T3SS-positives, IHMA87 déclenche une réponse inflammatoire excessive, dépendante de l’inflammation, qui est délétère pour l’hôte.

Fig 2. : Dégradation des macrophages induite par la souche Pseudomonas aeruginosa (ExlA+).

Références
[6] Reboud et al (2016) Environmental microbiology 18(10):3425-3439.,
[7] Bouillot et al (2017) Scientific reports 7(1):2120.,
[8] Basso et al (2017) Environmental microbiology 19(10):4045-4064.