Equipe de Dominique FERRANDON
Relations hôte-pathogène et résilience

I – Etudes d’un nouveau mécanisme de protection de l’épithélium intestinal aux infections bactériennes et aux xénobiotiques

Screen Shot 2016-04-27 at 19.00.18Le tractus digestif représente la plus grande surface d’interaction d’un organisme avec le milieu extérieur. La nourriture peut être contaminée par des microorganismes ou par des substances xénobiotiques comme des métaux de transition ou des oxydants forts. L’intestin doit donc remplir plusieurs fonctions à la fois : la digestion et l’ingestion de nutriments et de solutés, la défense contre les infections et les xénobiotiques, et maintenir un microbiote qui joue un rôle essentiel dans tout l’organisme, allant jusqu’à influencer le comportement.

La drosophile est un organisme modèle qui permet des grandes avancées dans de multiples domaines de la biologie, notamment par la puissance de sa génétique. Ainsi, nous avons réalisé il y a plusieurs années le premier crible à l’échelle d’un génome entier pour identifier les gènes impliqués dans la défense de l’hôte contre l’ingestion d’une bactérie entomopathogène, Serratia marcescens (Cronin et al., Science, 2009). A notre grande surprise, nous avons isolé peu de mutations affectant le système immunitaire de la drosophile. En nous intéressant à une voie de signalisation, nous avons pu démontrer que celle-ci participait à la maintenance de l’homéostasie de l’épithélium intestinal. Les entérocytes sont tués au cours de la phase chronique de l’infection et remplacés par la prolifération accrue des cellules souches intestinales. Ainsi, la défense de l’hôte comprend deux dimensions complémentaires, la résistance dans laquelle le système immunitaire attaque directement le pathogène et la résilience qui permet à l’hôte d’endurer et de réparer les dégâts infligés soit par les facteurs de virulence du pathogène, soit par sa propre réponse immunitaire.

 

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Nous avons identifié un nouveau mécanisme de résilience des entérocytes qui prend place au cours de la phase précoce de l’infection. Trois heures après le début de l’ingestion de S. marcescensl’épithélium intestinal devient fin avec une perte considérable de l’épaisseur de l’épithélium.

 

   

Ci-dessus, deux vidéos de la purge cytoplasmique sur la lignée de cellules épithéliales humaines Caco-2 (le pôle basal est en haut, et le pôle apical en bas). 

 

   

 Sur cette vidéo, on observe la purge cytoplasmique in vivo par les cellules intestinales de la drosophile (le pôle basal est en bas).

 

 

Cet épithélium reprend sa forme originelle en quelques heures. Nous avons établi qu’une toxine bactérienne formant des pores membranaires, l’hémolysine, est responsable de ce phénomène. Il y a formation rapide de gouttelettes lipidiques et formation de mitochondries géantes avant l’extrusion limitée du cytoplasme des entérocytes dans la lumière de l’intestin, d’où l’amincissement de l’épithélium. La phase de récupération requiert la formation des mégamitochondries, lesquelles induiraient une voie de signalisation (dépendante de la cycline J)  permettant d’activer les mécanismes de compensation métabolique lesquels sont remarquablement rapides. Nous avons ainsi identifié une centaine de gènes requis dans ce processus de récupération. De manière intéressante, nous avons démontré que ce processus d’extrusion cytoplasmique couplé à une récupération rapide est aussi induit par l’hémolysine chez les abeilles, les souris et des cellules humaines intestinales en culture.

Ces résultats ont été publiés dans la revue Cell Host and Microbe : Voir le lien suivant (lire aussi le communiqué de presse du CNRS). Par ailleurs, l’ingestion de xénobiotiques induit un phénomène similaire et implique les mêmes gènes.

En collaboration avec le laboratoire d’Eleonora Garcia Vescovi (en Argentine), laboratoire de microbiologie spécialisé sur Serratia marcescens, nous cherchons également à mieux comprendre les relations hôte-pathogène entre l’intestin de la drosophile et la bactérie en utilisant différents mutants de la bactérie.

 

II – Infection intestinale avec Pseudomonas aeruginosa

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Nous nous intéressons également aux infections intestinales par Pseudomonas aeruginosa, projet avec lequel nous collaborons avec le laboratoire de Fred Ausubel (Boston), avec qui nous étudions la fonction de facteurs de virulence bactériens in vivo.

 

 

III – Analyse des relations hôte-pathogène avec une microsporidie, Tubulinosema ratisbonensis

Screen Shot 2016-04-28 at 12.20.59Le déclin croissant de la santé de l’abeille observé depuis quelques années pourrait être attribué en partie à l’infection par des microsporidies. L’abeille étant un modèle difficile à étudier en laboratoire, nous avons mis en place un modèle d’infection chez la drosophile. Dans ce cadre, nous avons montré l’importance du métabolisme lipidique de l’hôte pour la prolifération du parasite. D’autre part, nous étudions les effets d’un pesticide sur les mouches. Les résultats de nos recherches sur la drosophile sont ensuite testés sur les abeilles, en collaboration avec le laboratoire de Frédéric Delbac (Clermont-Ferrand).