Validation du concept du mimétisme moléculaire entre les protéines d'E. Coli K12 et l'α-MSH

• Auteur / Autrice : Naouel Tennoune
• Direction : Sergueï Fetissov
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Rouen
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Anxiété

Autoanticorps

Neuropeptides

Microflore

Troubles du comportement alimentaire

Résumé

La régulation de la prise alimentaire et le maintien de l’homéostasie énergétique mettent en jeu des interactions entre les organes périphériques et le système nerveux central. Des autoanticorps (autoAc) dirigés contre les peptides régulateurs de l’appétit, dont le neuropeptide anorexigène l’α-MSH, ont été identifiés chez des patients souffrant de troubles du comportement alimentaire (TCA). Cependant, l’origine de ces autoAc reste inconnue. Une étude in silico a montré la présence des séquences similaires entre l’α-MSH et les protéines du microbiote intestinal, ce qui suggère que le microbiote intestinal pourrait être à l’origine des autoAc dirigés contre l’α-MSH selon le concept du mimétisme moléculaire. Le but de ce projet était de valider le concept de mimétisme moléculaire entre les protéines bactériennes et l’α-MSH. Dans une première partie, nous avons identifié par étude protéomique, à partir d’extraits protéiques de la bactérie E. Coli K12, la protéine bactérienne ClpB. Nous avons montré que la ClpB possède une homologie conformationnelle avec l’α-MSH. Après l’immunisation de souris avec la protéine ClpB, un effet sur le poids, la prise alimentaire ainsi que l’anxiété ont été observés. Nous avons démontré que la protéine ClpB stimulait la sécrétion d’autoAc anti α-MSH de classe G. De plus, l’affinité des IgG anti α-MSH était également modulée par la protéine ClpB. Ces résultats valident le concept du mimétisme moléculaire entre la protéine bactérienne ClpB et l’α-MSH. Dans une seconde partie, nous avons approfondi l’étude du concept du mimétisme moléculaire en tenant compte des différences liées au sexe chez le Rat. En effet, les TCA touchent plus, les femmes que les hommes. Après gavage des rats mâles et femelles avec la bactérie E. Coli K12 durant 21 jours, nous avons montré que la bactérie E. Coli K12 est commensale chez les rats femelles alors qu’elle ne l’est pas chez les mâles. De plus, nous avons obtenu une augmentation du taux d’IgG anti α-MSH chez les rats femelles, alors que nous avons noté une augmentation d’IgM anti α-MSH chez les mâles. Cependant, l’affinité des IgG anti α-MSH a augmenté chez les femelles, tandis qu’elle est resté inchangée chez les mâles. Le taux des IgG anti ACTH a été également mesuré. En effet, les IgG anti ACTH étaient plus élevés chez les femelles que chez les mâles avant le gavage, par contre l’affinité des IgG anti ACTH après le gavage était augmentée pour les deux groupes. Nos résultats montrent que les bactéries commensales chez les femelles, et non pas chez les mâles peuvent constituer un risque microbien dans le développement des TCA. Dans une troisième partie nous avons étudié l’hypothèse que les protéines du microbiote intestinal puissent avoir un effet direct sur le comportement alimentaire et ce en fonction de la phase de croissance des bactéries au cours de nutrition régulière. Un modèle de culture d’E. Coli K12 sur 60 heures a été développé par administration de nutriments toutes les 12 heures afin de mimer les nutriments apportés par l’alimentation pendant les repas. Les protéines extraites à partir de la phase de croissance (repas) et de la phase stationnaire (satiété). Par étude protéomique, nous avons identifié des protéines surexprimées dans la phase exponentielle et stationnaire de la croissance bactérienne. L’administration des protéines de chaque phase chez le Rat à jeûn, a induit une augmentation de la prise alimentaire chez les rats recevant les protéines cytoplasmiques exponentielles. Cependant, l’injection de protéines membranaires en phase stationnaire diminuait la prise alimentaire. Une activation neuronale par le marquage de c-fos dans l’hypothalamus des rats a également été observée après l’administration des protéines bactériennes.

Peripheral and central regulatory peptides play important roles in mechanisms of appetite and body weight control. Recently autoantibodies (autoAbs) directed against appetite-regulating neuropeptides have been identified in subjects with eating disorders, suggesting that they may be involved in the mechanisms of altered appetite, but the origin of these autoAbs is unknown. Insilico study showed sequence homologies between α-melanocyte-stimulating hormone (α-MSH), a neuropeptide critically involved in the regulation of energy metabolism and proteins of gut microbiota. It suggests that gut microbiota can stimulate production of autoAbs against α-MSH by molecular mimicry. The aim of this project was to validate the molecular mimicry concept between gut microbiota proteins and α-MSH. In the first part, we applied a proteomic approach to identify if proteins of Escherichia coli (E. Coli) K12, a commensal strain of gut bacteria, may have molecular mimicry with α-MSH. We determine that E. Coli ClpB protein has conformational mimicry with α-MSH and that immunization of mice with ClpB stimulates production of anti-α-MSH IgG accompanied by increased food intake and body weight and lower anxiety in mice. We also showed that providing E. Coli K12 by gavage in rats increases body weight and plasma levels of ClpB and α-MSH-reactive IgG. Finally, we showed that anti-ClpB IgG are present in humans and that their plasma levels correlate with psychopathological traits in patients with eating disorders. Thus, bacterial proteins-stimulated production of IgG cross-reacting with peptide hormones appears as a molecular mechanism underlying bacterial control of host feeding behavior and emotion. In second part, to study gender differences observed in ED, we compared effects of chronic gavage with E. Coli K12 on the production of autoAbs against these melanocortin peptides between female and male rats. We found that prior to gavage, E. Coli K12 cDNA was detected in feces of female but not male rats. During gavage phase, body weight was increased in E. Coli exposed female rats but decreased in male rats. Independently to E. Coli treatment, plasma levels of anti- α-MSH and ACTH- IgG were higher in female than male rats. After gavage, female rats responded to E. Coli by increasing α-MSH IgG but male rats α-MSH IgM. Furthermore, E. Coli-treated females showed increased affinities of IgG for α-MSH which was not observed in males, but affinity of IgG for ACTH was increased in both female and male rats, although with different affinity kinetics. IgG from both control and E. Coli treated female rats enhanced more efficiently than IgG from male rats α-MSH-induced cAMP production by melanocortin 4 receptor expressing cells. Thus, these data show that the response to E. Coli K12 to produce autoAbs against melanocortin peptides is gender-dependent suggesting that presence or absence of E. Coli K12 as gut commensals may represent a gender-related risk factor relevant to eating disorders. Finally we studied if gut microbiota proteins can directly influence eating behaviour. Dynamics of bacterial growth depend on nutrients availability suggesting that it may differentially affect host control of food intake. We showed that repetitive nutrients provision to commensal E. Coli K12 bacteria modifies their proteomes so that the relative amount of bacterial enzymes involved in catabolic vs. Anabolic processes were elevated in the stationary phase indicating increased bacteria-derived energy substrates to the host. Furthermore, intraperitoneal administration of E. Coli proteins from the exponential phase increased but from the stationary phase decreased food intake in overnight fasted rats. In free feeding rats, E. Coli proteins increased c-fos expression in the hypothalamic ventromedial nucleus. These data show that nutrients-triggered changes of E. Coli proteome may increase satiety signalling to the host supporting involvement of gut microbiota in host control of food intake.