Vésicules extracellulaires produites par Mycobacterium tuberculosis : composition en lipides et rôle dans les interactions hôte-pathogène

Extracellular vesicles produced by Mycobacterium tuberculosis : lipid composition and role in host-pathogen interactions

• Auteur / Autrice : Pierre Boyer
• Direction : Jérôme Nigou, Emilie Layre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie structurale et fonctionnelle
• Date : Soutenance le 22/10/2021
• 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-....)
• Jury : Président / Présidente : Maryelle Tropis
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Priscille Brodin, Fabienne Girard-Misguich, Amanda Andriola Silva Brun-Graeppi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lipidomique

Vésicules extracellulaires

Mycobacterium tuberculosis

Mots clés libres

Mycobacterium tuberculosis

Vésicules

Lipidomique

Interactions hôte-pathogène

Mycobacterium tuberculosis

Vesicles

Lipidomics

Host-pathogen interactions

Résumé

Mycobacterium tuberculosis (Mtb) est un pathogène intracellulaire des macrophages alvéolaires et doit son succès à sa capacité à subvertir les défenses déployées par son hôte. Un équilibre fin s'établit entre les stratégies d'évasion de la bactérie et les réponses immunitaires de l'hôte, conduisant à la formation d'un granulome qui contient mais n'élimine pas le bacille. Une meilleure compréhension moléculaire de cet équilibre est une priorité pour développer de nouveaux outils antituberculeux. Dans ce but, l'étude des vésicules extracellulaires (VE) présente un intérêt majeur. En effet, en transportant divers facteurs bactériens (lipides, protéines, acides nucléiques), les vésicules extracellulaires peuvent potentiellement réguler le microenvironnement au site de l'infection et donc moduler le résultat de l'infection. Comme dans d'autres contextes infectieux, lors de l'infection par Mtb des VE sont produites à la fois par le bacille et par les cellules hôtes. Cependant, la diversité, la composition et les propriétés biologiques des VE sur les cellules hôtes ne sont que partiellement déchiffrées. Dans ce contexte, mon travail de thèse avait 2 objectifs principaux : 1) Caractériser le contenu des VE en lipides immunomodulateurs bactériens, 2) Décrypter l'interaction des VE avec les macrophages et la façon dont elles modulent leurs fonctionnalités. Mon travail s'est principalement concentré sur les vésicules libérées par les mycobactéries et leur étude a été réalisée en utilisant des souches de virulence variable. Après avoir optimisé le protocole de purification afin d'obtenir des vésicules les plus pures possibles, nous avons pu réaliser une analyse lipidomique ciblée de leur contenu en lipides immunomodulateurs, ce qui a permis une caractérisation exhaustive montrant la présence de lipides spécifiques de souche. En parallèle, nous avons étudié l'interaction de ces vésicules avec les macrophages, c'est-à-dire leur interaction avec les Récepteurs de Reconnaissance des Pathogènes, leur trafic intracellulaire par microscopie haute résolution et leur effet sur la réponse inflammatoire des macrophages à travers plusieurs bio-essais. Nous avons démontré qu'au-delà de l'activation de TLR2 précédemment décrite, les vésicules de mycobactéries activent également les lectines de type C. Par différentes voies d'entrée, les vésicules sont internalisées et adressées aux compartiments acides des macrophages. Enfin, nous avons mis en évidence que les vésicules induisent l'autophagie.

Mycobacterium tuberculosis (Mtb) is an intracellular pathogen of alveolar macrophages and owns it success to its capacity to subvert the defences deployed by its host. A fine equilibrium between bacterial evasion strategies and host immune responses establishes, leading to the formation of a granuloma that contains but does not eliminate the bacillus. A better molecular understanding of this equilibrium is a priority to develop new anti-TB tools. With this goal, studying extracellular vesicles (EV) is of key interest. Indeed, by shuttling various bacterial factors (lipids, proteins, nucleic acids), EV have the potential to potently regulate the microenvironment at the site of infection and hence to modulate the infection outcome. As in other infectious contexts, the bacillus and host cells both release EVs during Mtb infection. However, EVs diversity, composition and biological properties on host cells are only partly deciphered. In this context, my PhD had 2 main aims; 1) Characterising EV's content in bacterial immunomodulatory lipids, 2) Deciphering EV's interaction with macrophages and the way they modulate their functionalities. My work mostly focused on the vesicles released by mycobacteria and their study was performed using strains of varying virulence. After optimizing the purification protocol in order to obtain the purest vesicles possible, we performed a targeted lipidomic analysis of their content in immunomodulatory lipids, which provided an exhaustive characterisation showing the presence of strains-specific lipids. In parallel, we studied the interaction of these vesicles with macrophages; i.e their interaction with Pathogen Recognition Receptors, their intracellular trafficking by high resolution microscopy and their effect on macrophage inflammatory response through several bioassays. We showed that beyond the previously described TLR2 activation, mycobacteria vesicles also activate C-type lectins. Through different entry pathways, vesicles are internalized and addressed to acidic compartments in macrophages. Finally, we highlighted that vesicles induce autophagy.