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111 | 2012
Annuaire du Collège de France 2010-2011
Résumé des cours et travaux 111e année
Équipes accueillies

Neuropeptides centraux et régulations hydrique et cardiovasculaire

UMR7241/ U1050. Équipe n° 8 « Communication Intercellulaire et Infections Microbiennes »
Guy Tran van Nhieu
p. 918-922

Texte intégral


   

Responsable : Guy Tran Van Nhieu

Personnel stagiaire : Nathalie Carayol, stagiaire post-doctorale au laboratoire, est titulaire d’un financement européen Marie-Curie IRG.

Isabelle Podglajen (MCU-PH), Julie Guignot (CR1 Inserm), Stéphane Romero (post-doc), Nathalie Carayol (post-doc), Clémence Collet (thésarde), Cesar Valencia-Gallardo (Thésard)

Recherche

1Les travaux de l’équipe portent sur les mécanismes d’invasion et les remaniements du cytosquelette d’actine induits par Shigella, l’agent de la dysenterie bacillaire.

  • 1  Cornelis G.R., « The type III secretion injectisome », Nat. Rev. Microbiol., 4, 2006, 811-25 ; Cos (...)
  • 2  Ceelen L., Haesebrouck F., Vanhaecke T., Rogiers V. et Vinken M., « Modulation of connexin signali (...)

2Shigella envahit la muqueuse colique et y induit une intense réaction inflammatoire. L’invasion et la dissémination de Shigella au niveau du tissu épithélial dépendent d’un appareil de sécrétion spécialisé (T3SS) permettant l’injection d’effecteurs bactériens au contact cellulaire. Ces effecteurs de type III agissent de l’intérieur de la cellule pour reprogrammer des voies de régulation du cytosquelette ou moduler la réponse inflammatoire1. Shigella manipule également la communication intercellulaire durant l’invasion de l’épithélium intestinal2.

Mode d’action d’IpaA, une protéine permettant l’invasion des cellules épithéliales par Shigella

  • 3  Ramarao N. et al., « Capping of actin filaments by vinculin activated by the Shigella IpaA carboxy (...)
  • 4  Izard T., Tran Van Nhieu G. et Bois P.R., « Shigella applies molecular mimicry to subvert vinculin (...)
  • 5  Tran Van Nhieu G. et Izard T., « Vinculin binding in its closed conformation by a helix addition m (...)
  • 6   Park H., Valencia-Gallardo C., Sharff A., Van Nhieu G.T. et Izard T., « Novel Vinculin Binding Si (...)

3IpaA, un effecteur de type III permettant l’invasion des cellules, se lie à la vinculine et induit la dépolymérisation de l’actine. Le domaine de liaison à la vinculine d’IpaA, en se liant avec la vinculine, induit une activité de coiffe partielle de l’extrémité barbée des filaments d’actine3. En collaboration avec Dr. Tina Izard, nous avons montré que les derniers 74 résidus d’IpaA contiennent deux sites de liaison à la vinculine (sites VBS), et qu’en particulier, le VBS1 carboxyterminal a une affinité bien plus grande que celle reportée pour d’autres VBSs précédemment décrits chez les ligands endogènes de la vinculine4. La structure de la vinculine associée à un peptide d’IpaA correspondant à ce dernier site VBS indique que le domaine de liaison de la vinculine d’IpaA correspond à un « super-mîme » moléculaire de la taline5. Nous avons récemment montré qu’un troisième site VBS3 situé quelques dizaines de résidus en amont des sites VBS1/2, agissait comme un VBS avec une affinité pour la vinculine retrouvée dans les VBSs des autres ligands physiologiques de la vinculine. La délétion des domaines VBS1-3 d’IpaA conduit à l’inactivation de sa fonction6. La présence de sites VBSs multiples présentant des caractéristiques différentes rappelle la situation observée pour des ligands des protéines des adhérences focales liant la vinculine, telle la taline.

Caractérisation de filopodes impliqués dans la capture précoce des bactéries

  • 7  Romero S. et al., « ATP-Mediated Erk1/2 Activation Stimulates Bacterial Capture by Filopodia, whic (...)

4L’analyse par microscopie sur des cellules vivantes infectées par Shigella a mis en évidence que l’ATP extracellulaire stimule la capture des bactéries par des extensions cellulaires longues de 3 à 15 μm et ayant une épaisseur de 100 à 500 nm, que nous appelons « NMEs » pour « Nanometer-thin Micropodial Extensions. La capture des bactéries par les NME est dépendante des composés du complexe d’extrémité du T3SS IpaB et IpaD. Les NMEs contiennent de l’actine filamenteuse et des expériences basées sur des inhibiteurs indiquent que leur dynamique d’élongation et de rétraction dépend de la polymérisation / dépolymérisation de l’actine. L’addition d’ATP à dose agoniste stimule l’activation de la MAP kinase Erk2 et favorise les événements de captures par ces micropodes, expliquant ainsi l’augmentation de l’invasion liée à la signalisation dépendante des hémicanauux7.

Signalisation calcique durant l’invasion de l’épithélium par Shigella

  • 8  Tran Van Nhieu G. et al., « Connexin-dependent inter-cellular communication increases invasion and (...)

5Nous avons montré que Shigella induisait des réponses calciques atypiques dans les cellules HeLa, sous forme de pics lents, sporadiques et isolés. L’invasion de Shigella dans les cellules exprimant la connexine 26 induit la libération d’ATP dans le milieu extracellulaire par les hémicanaux. L’ATP dans le milieu de culture et stimule à la fois l’invasion et la dissémination de Shigella8.

  • 9  Tran Van Nhieu G, Liu B.K., Zhang J., Pierre F., Prigent S., Sansonetti P., Erneux C., Dupont et C (...)

6En collaboration avec le Dr. Laurent Combettes de l’U757, nous avons montré que l’expression de l’IP3-5phosphatase, qui prévient les augmentations d’IP3, conduit à une inhibition de l’invasion de Shigella. Nous avons pu visualiser des réponses calciques locales associées à l’invasion de Shigella9. Alors que les réponses locales décrites par ailleurs montrent des durées de l’ordre de quelques centaines de millisecondes, les réponses induites par Shigella sont très atypiques puisqu’elles sont localisées au niveau du foyer d’entrée de la bactérie et peuvent durer jusqu’à dix secondes. Ces résultats impliquent que la bactérie peut créer un micro-environnement intracellulaire où les augmentations des concentrations calciques peuvent perdurer sans entraîner de cytotoxicité cellulaire. Le concept de réponse locale dont la durée est modulée par des remaniements du cytosquelette a des implications importantes dans la régulation des processus cellulaires locaux.

Projets

Signalisation impliquée dans les remaniements du cytosquelette induits par Shigella durant l’invasion : le rôle des effecteurs IpgB1 et IpgB2

  • 10  Hachani A. et al., « IpgB1 and IpgB2, two homologous effectors secreted via the Mxi-Spa type III s (...)
  • 11  Alto N.M. et al., « Identification of a bacterial type III effector family with G protein mimicry (...)

7En collaboration avec les groupes du Pr. Philippe Sansonetti et du Dr. Allaoui, nous avons montré que deux effecteurs de type III, IpgB1 et IpgB2, sont requis pour l’invasion des cellules épithéliales intestinales polarisées, alors qu’IpgB2 ne joue pas de rôle dans l’invasion de cellules épithéliales HeLa non-polarisées10. IpgB1 et IpgB2 avaient initialement été décrits comme mimes moléculaires des GTPases Rac et Rho, de manière respective11, mais il semblerait que cette classe d’effecteurs corresponde plutôt à des GEFs pour ces GTPases. Avec Nathalie Carayol (stagiaire, post-doctorante), nous approfondissons le rôle d’IpgB1 et d’IpgB2, en analysant leur rôle respectif durant l’invasion de cellules intestinales polarisées.

Mécanisme de translocation par le T3SS

  • 12 Cf. note 1.
  • 13  Mills E., Baruch K., Charpentier X., Kobi S. et Rosenshine I., « Real-time analysis of effector tr (...)

8Les T3SS sont des appareils de sécrétion retrouvés chez de nombreuses bactéries pathogènes à Gram-négatif. Bien qu’ils présentent des variations au niveau de certains orthologues, les T3SS présentent une structure et un mode de fonctionnement conservés12. Une étape-clé lors de l’injection des effecteurs de type III par le T3SS consiste en l’insertion des composés du translocateur dans la membrane plasmique de la cellule-hôte. Chez E. Coli entéropathogène (EPEC), qui comme Shigella est une bactérie responsable de maladies diarrhéiques essentiellement dans les pays en voie de développement chez les enfants, la sécrétion de type III s’effectue sur des cinétiques bien plus lentes que celles observées chez Shigella, ce qui suggère que la régulation de la formation du pore doit s’effectuer de manière différente13. Avec Julie Guignot (CR1 Inserm), nous essayons de comprendre le rôle de EspC dans la régulation de l’injection des effecteurs par le T3SS, ainsi que la coordination entre la sécrétion de EspC et la sécrétion par le T3SS.

Signalisation et forces engendrées lors de la capture des bactéries par les filopodes

  • 14 Cf. note 7.

9Dans le cas de Shigella, nous avons montré que la capture des bactéries par les filopodes (NMEs) lui permettait d’envahir les cellules sans adhérer de manière constitutive à leur surface14. Une telle stratégie pourrait permettre à Shigella d’envahir de manière « discrète » l’épithélium colique sans être exposée durant les étapes initiales de l’infection. En collaboration avec Patricia Bassereau, nous caractérisons les paramètres biophysiques des NMEs à l’aide de pinces optiques. L’objectif de ce projet et de comprendre comment la signalisation induite par les composés du complexe d’extrémité du T3SS de Shigella induit la rétraction du filopode. Nous avons reproduit la capture par les NMEs en utilisant des billes d’une taille similaire aux bactéries, recouvertes avec des membranes isolées de souches de Shigella invasives ou avec des peptides purifiés. Nous avons utilisé ces billes recouvertes afin de mesurer les forces liées à la rétraction des NMEs. Nous avons ainsi pu mettre en évidence une liaison directe entre la densité des interactions entre ligands-récepteurs sur la force de rétraction engendrée par le filopode (Romero et al., en préparation). Ces travaux qui visent à comprendre la signalisation induite entre ligands bactériens et récepteurs au niveau de la molécule unique devraient avoir des implications importantes sur les mécanismes d’adhérence et d’invasion pour diverses bactéries pathogènes.

Signalisation impliquée lors des interactions entre des souches de pneumocoques de sérotype 1 et les cellules

10Streptococcus pneumoniae (pneumocoque) est une bactérie à Gram-positif communément retrouvée dans le tractus respiratoire de l’homme où elle réside en tant que bactérie commensale sur l’épithélium naso-pharyngé. Le plus souvent, cette colonisation est asymptomatique cliniquement, mais elle assure la transmission interhumaine du pneumocoque. Quand les conditions sont propices, S. pneumoniae peut causer des infections communautaires des muqueuses telles que otites et pneumonies, dont il est le principal agent étiologique, ainsi que des infections invasives incluant bactériémies fébriles et méningites. Il est une cause majeure de morbidité et de mortalité dans le monde, malgré l’existence d’un arsenal thérapeutique antibiotique et vaccinal.

11Avec Isabelle Podglajen (MCU-PH) et Samantha Knockaert (Ingénieur), nous étudions plus particulièrement des souches appartenant au sérotype 1. Parmi ces souches, des souches appartenant au ST ( : sequence type) 306 sont responsables de bactériémies, mais contrairement aux autres souches du sérotype 1, ne causent pratiquement jamais de méningites. Nos résultats préliminaires indiquent qu’après exposition avec les bactéries, les cellules montrent des altérations de leur morphologie, avec la formation de structures filopodiales. En utilisant une combinaison d’approches biochimiques, génétiques et cellulaires, nous essayons d’identifier les facteurs du pneumocoque impliqués dans cette cytotoxicité, ainsi que les mécanismes expliquant la sensibilité particulière des cellules HBMEC à ces facteurs. La corrélation existant entre le pouvoir cytotoxique des souches responsables à causer des méningites suggère que ce dernier pourrait être un facteur déterminant dans le franchissement de la barrière hémato-encéphalique.

Publications

12Ray K., Bobard A., Danckaert A., Paz-Haftel I., Clair C., Ehsani S., Tang C., Sansonetti P., Tran G.V., Enninga J., « Tracking the dynamic interplay between bacterial and host factors during pathogen-induced vacuole rupture in real time », Cell Microbiol., 1, 12(4), avril 2010, 545-56.

Park H., Valencia-Gallardo C., Sharff A., Van Nhieu G.T., Izard T., « Novel Vinculin Binding Site of the IpaA Invasin of Shigella », J. Biol. Chem., 286(26) 2011, 23214-21.

Romero S, Grompone G., Carayol N., Mounier J., Guadagnini S, Prevost M.C., Sansonetti P.J., Tran Van Nhieu G., « ATP-Mediated Erk1/2 Activation Stimulates Bacterial Capture by Filopodia, which Precedes Shigella Invasion of Epithelial Cells », Cell Host Microbe, 9(6), 2011, 508-19.

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Notes

1  Cornelis G.R., « The type III secretion injectisome », Nat. Rev. Microbiol., 4, 2006, 811-25 ; Cossart P. et Sansonetti P.J., « Bacterial invasion: the paradigms of enteroinvasive pathogens », Science, 304, 2004, 242-8.

2  Ceelen L., Haesebrouck F., Vanhaecke T., Rogiers V. et Vinken M., « Modulation of connexin signaling by bacterial pathogens and their toxins », Cell. Mol. Life Sci., 68, 2011, 3047–3064.

3  Ramarao N. et al., « Capping of actin filaments by vinculin activated by the Shigella IpaA carboxyl-terminal domain », FEBS Lett., 581, 2007, 853-7.

4  Izard T., Tran Van Nhieu G. et Bois P.R., « Shigella applies molecular mimicry to subvert vinculin and invade host cells », J. Cell. Biol., 175, 2006, 465-75.

5  Tran Van Nhieu G. et Izard T., « Vinculin binding in its closed conformation by a helix addition mechanism », EMBO Journal, 27, 2008, 922.

6   Park H., Valencia-Gallardo C., Sharff A., Van Nhieu G.T. et Izard T., « Novel Vinculin Binding Site of the IpaA Invasin of Shigella », J. Biol. Chem., 286, 2011, 23214-21.

7  Romero S. et al., « ATP-Mediated Erk1/2 Activation Stimulates Bacterial Capture by Filopodia, which Precedes Shigella Invasion of Epithelial Cells », Cell Host Microbe, 9, 2011, 508-19.

8  Tran Van Nhieu G. et al., « Connexin-dependent inter-cellular communication increases invasion and dissemination of Shigella in epithelial cells », Nat. Cell Biol., 5, 2003, 720-6.

9  Tran Van Nhieu G, Liu B.K., Zhang J., Pierre F., Prigent S., Sansonetti P., Erneux C., Dupont et Combettes, « L. Actin-based confinement of calcium responses during Shigella invasion » (soumis pour publication).

10  Hachani A. et al., « IpgB1 and IpgB2, two homologous effectors secreted via the Mxi-Spa type III secretion apparatus, cooperate to mediate polarized cell invasion and inflammatory potential of Shigella flexenri », Microbes Infect., 10, 2008, 260-8.

11  Alto N.M. et al., « Identification of a bacterial type III effector family with G protein mimicry functions », Cell, 124, 2006, 133-45.

12 Cf. note 1.

13  Mills E., Baruch K., Charpentier X., Kobi S. et Rosenshine I., « Real-time analysis of effector translocation by the type III secretion system of enteropathogenic Escherichia coli. », Cell Host Microbe, 3, 2008, 104-13.

14 Cf. note 7.

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Pour citer cet article

Référence papier

Cours et travaux du Collège de France. Annuaire 111e année, Collège de France, Paris, avril 2012, p. 918-922. ISBN 978-2-7226-0156-7

Référence électronique

Guy Tran van Nhieu, « Neuropeptides centraux et régulations hydrique et cardiovasculaire », L’annuaire du Collège de France [En ligne], 111 | 2012, mis en ligne le 22 novembre 2013, consulté le 24 mai 2018. URL : http://journals.openedition.org/annuaire-cdf/1721

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Auteur

Guy Tran van Nhieu

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Droits d’auteur

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