Rôle de l’autophagie dans la susceptibilité de l’hôte à l’infection par des Escherichia coli producteurs de colibactine associés au cancer colorectal

Role of autophagy in host susceptibility to colorectal cancer associated colibactin-producing Escherichia coli

• Auteur / Autrice : Laurène Salesse
• Direction : Hang Nguyen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie cellulaire
• Date : Soutenance le 08/12/2021
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Microbes, Intestin, Inflammation et Susceptibilité de l’Hôte
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Matteo Bonazzi, Romain Villeger, Nicolas Barnich
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Muriel Mathonnet, Armelle Ménard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Autophagie

Escherichia coli

Microflore

Cancer colorectal

Mots clés libres

Cancer colorectal

Microbiote

Escherichia coli producteurs de colibactine

Autophagie

Toxine

Colorectal cancer

Microbiota

Colibactin-producing Escherichia coli

Autophagy

Toxin

Résumé

Les souches d’Escherichia coli productrices de colibactine, appelées CoPEC pour Colibactin-producing E.coli, sont apparues comme des acteurs majeurs impliqués dans la pathogénicité du cancer colorectal (CCR). Les CoPEC induisent des dommages à l’ADN et une instabilité chromosomique dans les cellules eucaryotes qui favorisent la carcinogenèse colorectale dans des modèles murins prédisposés au développement du CCR. Nous avons montré, dans une précédente étude, que l’autophagie dans les cellules épithéliales intestinales (CEI) limite les effets pro-carcinogènes des CoPEC dans un modèle murin génétiquement susceptible, ApcMin/+. Le premier objectif de la thèse était de regarder si les CoPEC sont capables d’induire le développement tumoral dans un modèle murin de CCR associé à l’inflammation chronique qui ne présente pas de susceptibilité génétique ou d’utilisation d’agents carcinogènes. Nous avons montré qu’à la suite de l’infection par la souche CoPEC 11G5 ou son mutant incapable de produire la colibactine, le score clinique et le score inflammatoire sont augmentés chez les souris sauvages et accentués lors d’une déficiente de l’autophagie dans les CEI. L’infection par la souche 11G5 mais pas par le mutant favorise l’apparition de carcinomes invasifs qui est augmentée lors d’une autophagie déficiente. La formation des carcinomes invasifs est associée avec l’accumulation de dommages à l’ADN, indépendamment de l’inflammation. En conclusion, les CoPEC induisent la carcinogenèse colorectale dans un modèle murin de CCR associé à l’inflammation chronique ne présentant pas de susceptibilité génétique ou l’utilisation d’agents carcinogenèses. Comme les cellules myéloïdes (MC) sont une composante importante du microenvironnement tumoral, notre second objectif était d’examiner le rôle de l’autophagie au sein de ces cellules dans la tumorigenèse colorectale des souris ApcMin/+ à la suite de l’infection par des CoPEC. Nous avons montré que la déficience de l’autophagie dans les MC augmente le volume mais pas le nombre de tumeurs colorectales chez les souris ApcMin/+ suite à l’infection par la souche 11G5 mais pas par la souche mutante 11G5ΔclbQ. Ceci est accompagné par une augmentation de la production de cytokines, une dérégulation de l’expression des gènes liés à la réponse des cellules T infiltrantes et à l’accélération de la prolifération des cellules coliques. Dans les BMDM (Bone marrow-derived macrophages), la déficience de l’autophagie entraine une augmentation du nombre intracellulaire de la 11G5 et favorise la production de cytokines pro-inflammatoires induite par la 11G5, mais cet effet est également observé suite à l’infection par la 11G5ΔclbQ. Par rapport à la condition non infectée ou infectée avec la 11G5ΔclbQ, l’infection par la 11G5 entraîne une augmentation de la production de ROS et de la sécrétion de l’IL-1β par les BMDM qui est favorisée par la déficience de l’autophagie. En conclusion, l’autophagie dans les MC est nécessaire pour inhiber l’accroissement tumoral dans le modèle murin ApcMin/+ infecté avec les CoPEC. Les données préliminaires suggèrent que cela pourrait être médié par l’inhibition de la production de ROS induite par CoPEC, qui sont d’importants régulateurs de la sécrétion l’IL-1β et de la réponse des cellules T dans le microenvironnement tumoral.

Colibactin-producing strains of Escherichia coli, called CoPEC for Colibactin-producing E.coli, have emerged as major players involved in the pathogenicity of colorectal cancer (CRC). CoPEC induce DNA damage and chromosomal instability in eukaryotic cells that promote colorectal carcinogenesis in mouse models of CRC development. We have shown in a previous study that autophagy in intestinal epithelial cells (IEC) limits the pro-carcinogenic effects of CoPEC in a genetically susceptible mouse model, ApcMin/+. The first objective of the thesis was to investigate whether CoPECs are able to induce tumor development in a mouse model of CRC associated with chronic inflammation that does not exhibit genetic susceptibility or use of carcinogens. We showed that infection with CoPEC strain 11G5 or the colibactin-deficient strain, clinical and inflammatory scores are increased in wild-type mice and accentuated upon autophagy deficiency in ILCs. Infection with the 11G5 strain but not with the mutant promotes the development of invasive carcinomas, which is increased upon autophagy deficiency. The formation of invasive carcinoma is associated with the accumulation of DNA damage, independently of inflammation. In conclusion, CoPEC induce colorectal carcinogenesis in a mouse model of CRC associated with chronic inflammation without genetic susceptibility or the use of carcinogenic agents. As myeloid cells (MCs) are an important component of the tumor microenvironment, our second objective was to examine the role of autophagy within these cells in colorectal tumorigenesis in ApcMin/+ mice to CoPEC infection. We show that autophagy deficiency in MCs increases the volume but not the number of colorectal tumors in ApcMin/+ mice following infection with the 11G5 strain but not the 11G5ΔclbQ mutant strain. This is accompanied by increased cytokine production, deregulation of gene expression related to the infiltrating T-cell response, and accelerated colonic cell proliferation. In BMDM (Bone Marrow-Derived Macrophages), autophagy impairment leads to an increase in intracellular 11G5 numbers and promotes 11G5-induced proinflammatory cytokine production, but this effect is also observed following infection with 11G5ΔclbQ. Compared with the uninfected or 11G5ΔclbQ-infected condition, 11G5 infection results in increased ROS production and IL-1β secretion by BMDMs that is promoted by the impairment of autophagy. In conclusion, autophagy in MCs is required to inhibit tumor growth in the ApcMin/+ mouse model infected with CoPECs. Preliminary data suggest that this may be mediated by inhibition of CoPEC-induced ROS production, which are important regulators of IL-1β secretion and T cell response in the tumor microenvironment.