Rôle de la respiration mitochondriale dans l'infection à Listeria monocytogenes

Role of mitochondrial respiration in Listeria monocytogenes infection

• Auteur / Autrice : Anna Spier
• Direction : Fabrizia Stavru
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 26/03/2021
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pasteur (Paris). Unité Biologie évolutive de la cellule microbienne (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Dussurget
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Dussurget, Matteo Bonazzi, Aleksandra Trifunovic, Agnès Rötig, Ascel Régis Samba Louaka
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Matteo Bonazzi, Aleksandra Trifunovic

Mots clés

Mots clés contrôlés

Infections

Cellules épithéliales

Protéines rab

Listeria monocytogenes

Mitochondriopathies

Respiration mitochondriale

Mots clés libres

Mitochondries

Métabolisme

Respiration

Maladie mitochondriale

Infection

Listeria monocytogenes

Recyclage endocytaire

Rab11

Profilage isotopologique 13C

Mitochondria

Metabolism

Respiration

Mitochondrial disease

Infection

Listeria monocytogenes

Endocytic recycling

Rab11

13C isotopologue profiling

Résumé

Les mutations des gènes qui entravent la production d'énergie mitochondriale entraînent des maladies mitochondriales. Des études cliniques ont précédemment montré que les patients atteints de maladies mitochondriales sont plus sensibles aux infections bactériennes, ce qui peut avoir des conséquences délétères chez ces patients. Cependant, la relation entre la (dys)fonction mitochondriale et l'infection bactérienne reste largement inexplorée, en particulier dans les cellules épithéliales, première barrière à l'infection. Nous avons abordé cette question en utilisant Listeria monocytogenes, un modèle établi pour l'infection bactérienne. Dans une approche basée sur les nutriments, nous avons modifié la formulation du milieu pour augmenter le taux de respiration mitochondriale. Nous avons également généré un modèle de dysfonctionnement mitochondrial en supprimant SURF1, un facteur d'assemblage du complexe IV de la chaîne respiratoire, dont le dysfonctionnement est à l'origine d'une des maladies mitochondriales les plus fréquentes, appelée syndrome de Leigh. De façon intéressante, nos résultats montrent que l'infection est favorisée dans les cellules épithéliales présentant une respiration mitochondriale altérée, de même qu'un métabolisme énergétique mitochondrial accru diminue le taux d'infection par L. monocytogenes. En se concentrant sur l'entrée de la bactérie, nous avons constaté que le recyclage endocytaire des récepteurs des cellules hôtes tels que c-Met utilisé par L. monocytogenes pour son entrée est réduit dans les cellules dépendantes de la respiration mitochondriale. Nous avons donc émis l'hypothèse que la respiration mitochondriale limite l'invasion bactérienne en ralentissant le recyclage des récepteurs vers la membrane plasmique. Pour conforter notre hypothèse, nous avons démontré que la réduction expérimentale du recyclage des récepteurs abolit la différence entre des cellules métaboliquement distinctes. La comparaison de la charge bactérienne à des moments tardifs de l'infection a indiqué que la respiration mitochondriale affecte également les stades ultérieurs de la vie intracellulaire de L. monocytogenes, qui semblent être indépendants des métabolites de la cellule hôte et des niveaux des espèces réactives de l'oxygène. Enfin, nous avons étendu l'étude aux bactéries intracellulaires Gramnégatives et avons démontré que le métabolisme de la cellule hôte a également un impact sur l'infection par Salmonella Typhimurium, mais pas par Shigella flexneri, ce qui suggère que la respiration mitochondriale affecte l'infection par différents pathogènes et ce, à des degrés différents. En conclusion, nos données mettent en évidence un rôle important et insoupçonné de la respiration mitochondriale lors de l'infection des cellules épithéliales.

Mutations in genes that impair mitochondrial energy production lead to mitochondrial diseases. Clinical studies have previously shown that mitochondrial disease patients are more susceptible to bacterial infections, which can have deleterious consequences in these patients. However, the relationship between mitochondrial (dys)function and bacterial infection remains largely unexplored, especially in epithelial cells, the first barrier to infection. We addressed this question using Listeria monocytogenes, an established model for bacterial infection. In a nutrient-based approach, we changed the medium formulation to increase mitochondrial respiration rates. In addition, we generated a model for mitochondrial dysfunction by deleting SURF1, an assembly factor for respiratory chain complex IV, whose dysfunction causes one of the most common mitochondrial diseases called Leigh syndrome. Interestingly, infection was favored in epithelial cells with impaired mitochondrial respiration, whereas enhanced mitochondrial energy metabolism decreases L. monocytogenes infection rates. Focusing on bacterial entry, we found that endocytic recycling of host cell receptors such as c-Met that L. monocytogenes exploits for its entry is reduced in mitochondrial respirationdependent cells. We thus hypothesized that mitochondrial respiration restricts bacterial invasion by slowing down receptor recycling to the plasma membrane. In support of our hypothesis, we demonstrated that experimentally reducing receptor recycling abolishes the difference between metabolically distinct cells. Comparing the bacterial burden at late infection time points indicated that mitochondrial respiration also affects later stages of L. monocytogenes intracellular life, which appeared to be independent of host cell metabolites and reactive oxygen species levels. Finally, we expanded the study to Gram-negative intracellular bacteria and revealed that the host cell metabolism also impacts infection by Salmonella Typhimurium, but not by Shigella flexneri, suggesting that mitochondrial respiration affects infection by different pathogens and this to different extents. Collectively, our data highlights an important and unsuspected role of mitochondrial respiration during the infection of epithelial cells.