Caractérisation des communautés intracellulaires formées par les E.coli associées à la maladie de Crohn

Characterization of intracellular communities formed by E.coli associated with Crohn's disease

• Auteur / Autrice : Emma Bruder
• Direction : Olivier Espéli
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Infectiologie
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2020
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Interdisciplinaire de Recherche en Biologie (Paris ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Collège de France

Mots clés

Mots clés libres

Maladie de Crohn

Macrophage

Inflammation

Infection

Biofilm

Crohn's disease

Macrophage

Inflammation

Infection

Biofilm

Résumé

Les patients atteints de la maladie de Crohn (MC) présentent une colonisation anormale de l'intestin par des E. coli invasives adhérentes (AIEC) qui envahissent les cellules épithéliales et survivent dans les macrophages. Les AIEC induisent une sécrétion massive de TNF à partir du macrophage et contribuent donc à l'inflammation, caractéristique de la MC. En travaillant avec une souche modèle AIEC, LF82, nous avons récemment démontré que lors de l'entrée dans les phagolysosomes des macrophages, une sous-population d'AIEC devient non croissante. Dans cet état non croissant, les bactéries tolèrent le stress des macrophages et les antibiotiques (Demarre et al, PLOS Pathogens 2019). Plus tard dans l'infection , nous observons une phase de croissance, conduisant finalement à de grandes vacuoles contenant des dizaines d'AIEC. Ces colonies sont appelées communautés bactériennes intracellulaires (IBC); ces IBC sont possibles du fait de la formation d'une matrice d'exopolysaccharide entourant chaque bactérie apparentée à une matrice de biofilm. L'IBC confère une tolérance supérieure et à long terme aux stress (Prudent et al, BioRxiv 2020). Pour former des IBC, l'AIEC doit capturer le fer du macrophage; pour ce faire, ils expriment un îlot de pathogénicité (HPI), trouvé dans différentes bactéries pathogènes (Klebesiella, Yersinia, E. coli uropathogène) et fréquemment retrouvé dans le génome d'E. coli avec le phénotype AIEC. Ces phénotypes, la sous-population non croissante et les bactéries en croissance protégées à l'intérieur des IBC peuvent expliquer pourquoi la plupart des traitements antibiotiques n'ont pas réussi à éradiquer l'AIEC et à améliorer la santé des patients atteints de MC. Les principaux objectifs du projet de thèse sont: i) de comprendre quels sont les avantages que les IBC procurent pour la survie dans les macrophages et pour la tolérance aux antibiotiques et ii) pour tester si les médicaments ciblant l'homéostasie du fer ou la formation de biofilm peuvent resensibiliser l'AIEC aux antibiotiques. Le projet s'appuiera principalement sur l'imagerie en direct d'infections de macrophages avec des bactéries AIEC marquées avec des biosenseurs fluorescents, l'analyse des marqueurs des macrophages pour l'inflammation et l'homéostasie du fer, la dissection génétique des réseaux génétiques bactériens du fer et du biofilm et le criblage de médicaments affectant la voie du fer et du biofilm. Ce projet s'inscrit dans le cadre d'un travail de collaboration en cours avec le groupe Nicolas Barnich (Université de Clermont Ferrand), les découvreurs de l'AIEC chez les patients CD. Pour le présent projet, ils fourniront une collection de différents AIEC et les données cliniques qui leur sont associées. Le projet bénéficiera également d'une collaboration avec le groupe Jost Enninga (Institut Pasteur) pour le dépistage des médicaments. Ces travaux pourraient ouvrir de nouvelles voies thérapeutiques pour la maladie de Crohn.

Crohn's disease (CD) patients present an abnormal colonization of the intestine by Adherent Invasive E. coli (AIEC) that invade epithelial cells and survive within macrophages. AIEC induce a massive secretion of TNF from the macrophage and therefore, contribute to the inflammation, a hallmark of CD. Working with a model AIEC strain, LF82, we recently demonstrated that upon entry in the macrophage phagolysosomes a sub-population of AIEC become non-growing. In this non-gowing state, they tolerate macrophage's stress and antibiotics (Demarre et al, PLOS Pathogens 2019). Later in the infection kinetic, we observe a phase of growth, leading eventually to large vacuoles containing dozens of AIEC. These colonies are called intracellular Bacterial Communities (IBCs); they are possible because of the formation of an exopolysaccharide matrix surrounding each bacterial akin to a biofilm matrix. IBC confers a superior and long-term tolerance to stresses (Prudent et al, BioRxiv 2020). To form IBCs, AIEC need to capture iron from the macrophage; to do so they express a pathogenicity island (HPI), found in different pathogenic bacteria (Klebesiella, Yersinia, Uropathogenic E. coli) and frequently found in the genome of E. coli with the AIEC phenotype. These phenotypes, non-growing subpopulation and growing bacteria protected inside IBCs may explain why most antibiotic treatment have failed to eradicate AIEC and to improve CD patient's health. The main goals of the thesis project are: i) to understand what are the advantages that IBCs provide for survival within macrophages and for antibiotic tolerance and ii) to test if drugs targeting iron homeostasis or biofilm formation can re-sensitize AIEC to antibiotics. The project will mainly rely on live imaging of macrophage infections with AIEC bacteria tagged with fluorescent biosensors, the analysis of macrophage's markers for inflammation and iron homeostasis, genetic dissection of the bacterial iron and biofilm genetic networks and screening of drugs affecting iron and biofilm pathway. This project is included in the frame of an ongoing collaborative work with Nicolas Barnich group (Université of Clermont Ferrand), the discoverers of AIEC in CD patients. For the present project, they will provide a collection of different AIECs and the clinical data associated with them. This work could open up new therapeutic avenues for Crohn's disease.