Détection du LPS cytosolique : un crible CRISPR/Cas9 pangénomique identifie IRF2 comme régulateur de l’inflammasome non-canonique caspase-4

by Sacha Benaoudia

Doctoral thesis in Science de la vie

Under the supervision of Thomas Henry.

defended on 08-11-2018

in Lyon , under the authority of École Doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon) , in a partnership with Université Claude Bernard (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) and Centre international de recherche en infectiologie (laboratoire) .

Thesis committee President: Mathias Faure.

Thesis committee members: Thomas Henry, Uzma Hasan, Étienne Meunier.

Examiners: Theresa Thurston, Jean-Pierre Gorvel.

  • Alternative Title

    Detection of cytosolic LPS : a genome-wide CRISPR/Cas9 screen identifies IRF2 as a regulator of the non-canonical inflammasome caspase-4


  • Abstract

    Lipopolysaccharide (LPS), a component of Gram-negative bacteria membrane activates the non-canonical inflammasome involving human caspase-4/5 or its murine ortholog caspase-11 and the cell death effector GasderminD. It is still unclear whether other players act in this cascade especially in human cells. Our lab previously demonstrated that the under-acylated LPS from Francisella novicida activates human caspase-4 but not caspase-11. This difference remains unexplained and led us to hypothesize that a co-factor could assist caspase-4 in the sensing of F. novicida LPS in human cells. To test this hypothesis, and in a more general manner identify new proteins involved in this pathway, we performed a genome wide CRISPR/Cas9 screen based on the survival of human U937 monocytes after LPS delivery into the cytosol. Our screen identified interferon regulatory factor 2 (IRF2) as the only protein beside caspase-4 and GasderminD involved in cell death following under-acylated or E. coli LPS transfection. IRF2-/- monocytes were fully resistant to LPS transfection-mediated death and displayed a large reduction in caspase-4 levels. Our results demonstrate that IRF2 is the master transcriptional regulator of caspase-4 at steady state. Interestingly, upon IFN treatment or macrophage differentiation, IRF2 is no longer fully required for pyroptosis. Instead, IRF1 and IRF2 cooperate to regulate caspase-4 level and LPS susceptibility. Our work identified the caspase-4 regulatory network at steady state and during IFN exposure or macrophage differentiation and IRF1/2 as key regulators of the cytosolic detection of LPS, which plays a role in TLR4-independent endotoxic shock


  • Abstract

    Le lipopolysaccharide (LPS), un composant de la membrane des bactéries à Gram-négatif, active l’inflammasome non-canonique constitué chez l’homme des caspase-4/5 et chez la souris de la caspase-11 ainsi que de la protéine effectrice GasderminD. Chez l’homme nous ne savons toujours pas si il y a d’autres acteurs impliqués dans cette voie de signalisation. Notre équipe a précédemment démontré que le LPS sous-acylé de Francisella novicida active la caspase-4 humaine mais pas la caspase-11 murine. Cette différence inexpliquée nous a fait émettre l’hypothèse qu’un cofacteur pourrait faciliter la détection du LPS de F. novicida dans les cellules humaines. Afin de tester notre hypothèse, et de manière générale d'identifier de nouvelles protéines impliquées dans cette voie de signalisation, nous avons réalisé un crible CRISPR/Cas9 pan-génomique sur la base de la survie de monocytes humains de la lignée U937 après transfection de LPS. Notre crible a identifié IRF2 comme étant l’unique protéine impliquée en plus de GasderminD et caspase-4. Les monocytes IRF2-/- étaient complètement résistants à la transfection de LPS et affichaient un niveau de caspase-4 très diminué. Nos résultats démontrent qu’IRF2 est le principal régulateur de l’expression de caspase-4 à l’état basal. De manière intéressante, après un traitement par l’interféron ou une différentiation en macrophages IRF2 n’est plus requis pour la pyroptose. A la place IRF1 et IRF2 coopèrent pour réguler le niveau de caspase-4 et donc la sensibilité au LPS dans le cytosol. Nos travaux ont permis d’identifier les mécanismes de régulation de caspase-4 à l’état basal, en présence d’interféron, et dans des macrophages différenciés. Nous avons montré que IRF1/IRF2 sont des régulateurs clés de la détection du LPS cytosolique et donc du choc septique TLR-4 indépendant

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