Comportement et toxicité de nouvelles souches hyper-virulentes de Pseudomonas aeruginosa

Behavior and toxicity of novel hyper-virulent strains of Pseudomonas aeruginosa

• Auteur / Autrice : Emeline Reboud
• Direction : Philippe Huber
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Virologie - Microbiologie - Immunologie
• Date : Soutenance le 12/10/2017
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie du cancer et de l'infection (Grenoble ; 2010-2020)
• Jury : Président / Présidente : Max Maurin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thomas Henry
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Suzana Salcedo, Eric Kipnis

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pseudomonas aeruginosa

Système immunitaire

Troubles du métabolisme du calcium

Maladies bactériennes

Mots clés libres

Pseudomonas aeruginosa

Infection

Pore-Forming toxin

Jonction adhérente

Pseudomonas aeruginosa

Infection

Pore-Forming toxin

Adherens junction

Résumé

Pseudomonas aeruginosa est un pathogène opportuniste responsable de maladies nosocomiales. Il provoque des infections aiguës ou chroniques en employant conjointement plusieurs facteurs de virulence. Les souches les plus agressives possèdent un système de sécrétion de type III (SST3), injectant des toxines directement dans le cytoplasme des cellules eucaryotes grâce à une nano-aiguille. Récemment, une souche clinique hyper-virulente, appelée CLJ1, a été isolée dans l'unité de soins intensifs de l'hôpital universitaire de Grenoble sur un patient souffrant d'une infection pulmonaire hémorragique. Cette souche ne possède pas les gènes codant pour le SST3 mais sécrète une pore-forming toxin, ExlA, non identifiée auparavant. ExlA est une protéine de 172 kDa, formant des pores de 1,6 nm dans la membrane plasmique de plusieurs types de cellules, à l'exception des érythrocytes. Le pore provoque la rétraction des cellules hôtes et finit par induire la mort de la cellule. Nous avons montré que CLJ1 appartenait à un nouveau clade très divergent des souches classiques de P. aeruginosa, dont les membres possèdent le gène exlA au lieu des gènes codant pour le SST3. Les souches exlA-positives que nous avons collectées dans le monde proviennent d'infections humaines et d'échantillons environnementaux. Leur cytotoxicité, sur diverses cellules humaines et sur un modèle murin d’infection pulmonaire, est corrélée avec les niveaux de sécrétion d'ExlA. En plus de la toxicité membranaire, les souches exlA-positives ont montré des activités protéolytiques élevées envers les VE et E-cadhérines, deux protéines adhésives des jonctions adhérentes requises pour l'intégrité de l'endothélium et de l'épithélium, respectivement. Nous avons démontré que la formation de pores par ExlA dans la membrane eucaryote induisait une entrée massive et rapide de calcium dans le cytosol. Cet afflux de calcium permet la maturation et l'activation d'ADAM10, une protéase eucaryote située à la membrane plasmique. L'activation d’ADAM10 induit le clivage de ses substrats naturels : les VE et E-cadhérines. ExlA fait partie de la même famille de pore forming toxin que ShlA de Serratia marcescens. Nous avons démontré que ShlA utilisait le même mécanisme qu’ExlA pour induire le clivage des cadhérines. En conclusion, les souches bactériennes produisant ExlA ou ShlA détournent un mécanisme naturel de l'hôte pour induire la perte d'intégrité tissulaire.

Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic pathogen responsible for nosocomial diseases. It provokes acute or chronic infections due to several virulence factors acting in concert. The most aggressive strains possess a Type III Secretion System (T3SS), injecting toxins directly into the cytoplasm of eukaryotic cells thanks to a nano-needle. Recently, a hyper-virulent clinical strain, called CLJ1, was isolated from a patient suffering of hemorrhagic pulmonary infection, at the intensive care unit of Grenoble University Hospital. This strain lacks a T3SS but secretes a pore-forming toxin, ExlA, not previously identified. ExlA is a 172-kDa protein, forming 1.6-nm pores in the plasma membrane of several cell types, except erythrocytes. The pore causes the retraction of host cells and eventually induces necrotic cell death. We showed that CLJ1 belongs to a recently-discovered and highly divergent clade of P. aeruginosa, whose members possess the exlA gene instead of the genes coding for the T3SS and its effectors. The strains we collected worldwide originate from human infections and environmental samples. Their cytotoxicity on various human cells and mouse models of infection was correlated with ExlA secretion levels. In addition to membrane toxicity, exlA-positive strains displayed high proteolytic activities targeting VE and E-cadherins, two intercellular-junction adhesive proteins required for endothelium and epithelium integrity. We thus investigated the mechanisms of ExlA-induced cadherin cleavage. We demonstrated that ExlA pore formation in the eukaryotic membrane induces a massive and rapid entry of calcium into the cytosol. This calcium influx enables the maturation and activation of ADAM10, an eukaryotic protease located at the cell membrane. ADAM10 activation induces the cleavage of its natural substrates: the VE- and E-cadherins. ExlA is related to other toxins, including ShlA from Serratia marcescens, and altogether they constitute a family of pore-forming toxins with unique properties. We demonstrated that ShlA uses the same mechanism as ExlA to induce the cleavage of the cadherins. In conclusion, exlA- and shlA-positive strains hijack a natural mechanism of the host to induce the loss of tissue integrity.