Mécanisme responsable des effets immunosuppresseurs de la mycolactone, toxine de M. ulcerans

Mechanism underpinning the immunosuppressive effects of the mycobacterial macrolide mycolactone

• Auteur / Autrice : Jean-David Morel
• Direction : Caroline Demangel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé. Immunologie B3MI
• Date : Soutenance le 26/09/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale BioScience Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité d'Immunobiologie de l'infection (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Michel Sallenave
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Caroline Demangel, Jean-Michel Sallenave, Olivier Neyrolles, Éric Chevet, Stephen High, Elodie Segura
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Neyrolles, Éric Chevet

Mots clés

Mots clés contrôlés

effets des médicaments et substances chimiques

Stress du réticulum endoplasmique

Homéostasie protéique

pharmacologie

Macrolides

immunologie

Canaux de translocation SEC

étiologie

Ulcère de Buruli

Mots clés libres

Mycolactone

Immunosuppression

Résumé

La mycolactone est un lipide diffusible produit par Mycobacterium ulcerans, la bactérie responsable d'une maladie tropicale de la peau appelée ulcère de Buruli. La production de mycolactone dans la peau infectée par M. ulcerans provoque une nécrose tissulaire locale, tout en induisant des anomalies immunosuppressives au niveau systémique. Lorsque j'ai commencé mon doctorat, les mécanismes moléculaires à l'origine de ces effets étaient inconnus. Au cours de ma thèse, j'ai contribué à démontrer que la mycolactone est un nouvel inhibiteur du translocon Sec61,le canal régulant la biogenèse de la plupart des protéines sécrétées et membranaires dans les cellules eucaryotes. J’ai démontré qu’une mutation ponctuelle dans la sous-unité alpha de Sec61 protège les cellules des effets cytotoxiques et immunosuppresseurs de la mycolactone. J'ai montré que le blocage du translocon Sec61 par la mycolactone empêche efficacement la synthèse des principaux récepteurs immunitaires et des molécules de signalisation du système immunitaire,blockant la communication entre les cellules immunitaires et inhibant l'immunité antimycobactérienne. Par une série d'études protéomiques à grande échelle, j'ai démontré que la mycolactone est un inhibiteur à large action de Sec61 et j’ai identifié les substrats de Sec61 les plus impactés dans différents types cellulaires. Ces analyses m'ont également permis de décrire la réponse au stress induite par le blocage de la translocation des protéines, qui inclut des éléments de la réponse au stress protéostatique (UPR) et de la réponse intégrée au stress (ISR), provoquant finalement l'apoptose cellulaire. Plusieurs études ont impliqué le translocon Sec61 dans des processus qui requièrent le transport rétrograde de protéines à travers les membranes : la Dégradation Associée au Réticulum Endoplasmique (ERAD), processus essentiel du contrôle de la qualité des protéines et la cross-présentation, une voie essentielle à l'activation de l'immunité adaptative aux pathogènes intracellulaires et au cancer. J'ai montré que le blocage de Sec61 par la mycolactone n'affecte pas l'export de protéines vers le cytosol dans ces deux voies, suggérant que Sec61 ne peut pas fonctionner comme un rétrotranslocon. Mes travaux ont permis d’élucider le moléculaire responsable des divers effets de la mycolactone observés chez les patients atteints d’ulcère de Buruli et de révéler l’importance majeure de la translocation des protéines dans la régulation des réponses immunitaires et de l’homéostasie des protéines.

Mycolactone is a diffusible lipid produced by the human pathogen Mycobacteriumulcerans, the causative agent of a tropical skin disease called Buruli ulcer. Bacterial production of mycolactone in infected skin causes local tissue necrosis, while inducing immunosuppressive defects at the systemic level. When I started my PhD, the molecular mechanism(s) underpinning these effects were unknown. Over the course of my thesis, I contributed to demonstrate that mycolactoneis a novel inhibitor of the Sec61 translocon, a channel regulating the biogenesis of most secretedand membrane proteins in eukaryotic cells. Indeed, a single point mutation in the alpha subunit ofSec61 protected cells from the cytotoxic and immunosuppressive effects of mycolactone. I showed that mycolactone-mediated blockade of the Sec61 translocon efficiently prevents the synthesis ofkey immune receptors and signaling molecules, impeding the communication between immunecells that is required for the development of anti-mycobacterial immunity. Through a series of larges caleproteomic studies, I demonstrated that mycolactone is a broad-acting inhibitor of Sec61 and identified the Sec61 clients that are primarily down regulated by mycolactone in physiologicallyrelevant cell types. These analyses also allowed me to describe a unique stress response,encompassing elements of the unfolded protein response and integrated stress response, that isinduced upon protein translocation blockade and ultimately causes cell apoptosis. The Sec61 translocon has been proposed to play a role in other cell functions that require the retrograde transport of proteins across membranes, namely Endoplasmic Reticulum-Associated Degradation(ERAD), an essential process in protein quality control, and antigen export to the cytosol during cross-presentation, a pathway essential to the activation of adaptive immunity to intracellular pathogens and cancer. Using mycolactone, I showed that Sec61 blockade does not affect protein export to the cytosol in either of these pathways, arguing against Sec61 operating as are trotranslocon. Altogether, my work provided a molecular mechanism for the diverse effects of mycolactone in Buruli Ulcer patients, and thus for M. ulcerans virulence. Mycolactone representing the most potent Sec61 blocker identified to date, my studies also revealed the key importance of Sec61-mediated protein translocation in the regulation of immune responses and protein homeostasis.