Evaluation du potentiel thérapeutique d'un mannodendrimère anti-inflammatoire dans un modèle murin d'infection par Francisella tularensis

Evaluation of the therapeutic potential of an anti-inflammatory mannodendrimer in a mouse model of infection with Francisella tularensis

• Auteur / Autrice : Camille Robert
• Direction : Jérôme Nigou, Alain Vercellone
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Pharmacologie
• Date : Soutenance le 30/11/2017
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de pharmacologie et de biologie structurale (Toulouse ; 1996-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Poumon -- Maladies

Francisella tularensis

Dendrimères

Mots clés libres

Immuno-modulation

Infection pulmonaire

In vivo

Immuno-modulation

Pulmonary infection

In vivo

Résumé

Francisella tularensis est une bactérie intracellulaire à Gram négatif et l'un des agents les plus infectieux connu à l'heure actuelle, en particulier par voie respiratoire. L'inhalation d'une dizaine de bactéries suffit à provoquer une maladie mortelle : la tularémie pulmonaire. Sa facilité de dissémination par aérosols, ainsi que le caractère létal de cette pathologie, ont contribué à considérer F. tularensis comme une arme biologique potentielle. La tularémie pulmonaire est une infection aigue qui s'accompagne d'une réponse immunitaire inadaptée. F. tularensis infecte en premier lieu les cellules phagocytaires, notamment les macrophages. Alors que ces derniers sont des acteurs majeurs de la défense contre les agents infectieux, de nombreux mécanismes d'échappement permettent à F. tularensis d'éviter ou de résister aux réponses de l'hôte et ainsi de se multiplier et de disséminer dans l'organisme. Ainsi, après un retard initial dans la mise en place de la réponse immunitaire, la présence d'un grand nombre de bactéries et de signaux de danger libérés par les cellules infectées, conduisent au déclenchement d'une réponse inflammatoire excessive. Celle-ci se caractérise par une tempête cytokinique provoquant un recrutement massif de cellules immunitaires, en particulier de neutrophiles, dans les tissus infectés. Les dommages tissulaires associés à cette réponse inflammatoire sont en grande partie responsable de la mortalité associée aux infections pulmonaires par F. tularensis. La tularémie est actuellement traitée par antibiothérapie. Malheureusement, l'absence de symptômes spécifiques de cette maladie rend le diagnostic difficile et, par conséquent, retarde la prescription du traitement adapté. Or, l'efficacité des antibiotiques est considérablement réduite par cette administration tardive. De nouvelles stratégies thérapeutiques sont donc nécessaires pour remplacer ou compléter l'antibiothérapie. Dans ce contexte, nous avons cherché à déterminer si la modulation de la réponse inflammatoire excessive induite par F. tularensis pouvait être bénéfique pour l'hôte infecté et ainsi être utilisée comme thérapie accessoire. L'objectif de mon travail de thèse était d'évaluer les propriétés anti-inflammatoires et le potentiel bénéfice thérapeutique du mannodendrimère 3T (M3T), un composé synthétisé par l'équipe de J. Nigou, dans un modèle murin d'infection pulmonaire par F. tularensis. Le M3T, conçu pour mimer les propriétés anti-inflammatoires d'un glycolipide de la paroi de Mycobacterium tuberculosis, a précédemment montré un effet inhibiteur sur la production de cytokines pro-inflammatoires et le recrutement de neutrophiles dans un modèle murin d'inflammation pulmonaire aigue induite par le LPS. La souche F. novicida, provoquant chez la souris une pathologie similaire à une infection pulmonaire par F. tularensis, a été utilisée comme souche de substitution dans ces travaux. In vitro, nous avons montré que le M3T inhibe la production de cytokines pro-inflammatoires induite par F. novicida dans des macrophages et cellules dendritiques humaines. D'un point de vue mécanistique, l'ensemble des données suggère que le M3T inhibe la réponse inflammatoire induite par F. novicida via le récepteur TLR2, en activant une voie de signalisation dépendante du récepteur DC-SIGN. In vivo, le M3T a été administré par injection intraveineuse 6 h post-infection, puis quotidiennement pendant 3 jours, en combinaison avec un traitement antibiotique sous-optimal.

Francisella tularensis is an intracellular Gram negative bacterium and the causative agent of tularemia. It is one of the most infectious agents known to date. Infection by the respiratory route leads to the deadly pulmonary form of tularemia. For these reasons, F. tularensis has been considered for years as a potential biological weapon. Pulmonary tularemia is characterized by an acute infection and a defect in immune responses. Particularly, the innate immune system plays a central role in F. tularensis infection and pathology. Macrophages, key cells of the innate immune system, are the main target for F. tularensis. This bacterium has evolved many strategies to escape host defenses that allow it to replicate within the cells and then disseminate into the whole organism. At this systemic stage, bacteria, along with alarm signals from infected cells, are recognized by innate immune receptors, triggering an inappropriate inflammatory response. The latter is characterized by a cytokine storm leading to a massive recruitment of immune cells, particularly neutrophils, in infected tissue. Tissue damages caused by this inflammation are a major cause of mortality associated with F. tularensis infections. Today, the treatment of tularemia is based on antibiotherapy. However, no specific symptoms can be assigned to pulmonary tularemia making its diagnosis difficult. This delays the administration of an appropriate antibiotiotherapy whose efficacy is therefore decreased. Thus, new therapeutic strategies are needed to replace or complement antibiotics. In this context, we investigated whether reducing the excessive inflammation induced by F. tularensis could be beneficial for the host and be considered as an adjunctive host- directed therapy. The aim of my work was to evaluate the anti-inflammatory properties and the therapeutic potential of mannodendrimer 3T (M3T), a synthetic coumpond designed in the team, in a mouse model of pulmonary infection by F. tularensis. M3T was previously designed to mimic the anti-inflammatory traits of a specific glycolipid from Mycobacterium tuberculosis. It was previously shown to inhibit the production of pro-inflammatory cytokines and neutrophils recruitment in a mouse model of LPS-induced pulmonary inflammation. Here, we used F. novicida as a surrogate for F. tularensis since it induces an identical inflammatory pathology. In vitro, M3T was found to inhibit the production of pro-inflammatory cytokines in human macrophages and dendritic cells infected by F. novicida. M3T modulates inflammatory response triggered by F. novicida via TLR2 most likely by the activation of a DC-SIGN-dependant pathway. In vivo, M3T was administered 6 h post-infection and then, daily for 3 days, by intraveinous injection and combined with a suboptimal antibiotic. This combination increases the survival rate of mice infected with F. novicida as compared to mice treated with antibiotic alone. M3T treatment has no impact on bacterial burden but seems to reduce tissue damages as observed by histological analyses of lungs, liver and spleen of infected mice. Altogether, our data demonstrate that M3T administration provides a therapeutic benefit in a mouse model of pulmonary infection by F. novicida. On a more general perspective our results suggest that targeting inflammation can be considered as an adjunctive treatment in acute pulmonary infections.