Rôle des gènes Polycomb dans l'homéostasie intestinale et impact des bioinsecticides Bt sur le développement de pathologies inflammatoires de l'intestin

Role of Polycomb genes in intestinal homeostasis and impact of Bt bioinsecticides on the development of inflammatory bowel diseases

• Auteur / Autrice : Aurélia Joly
• Direction : Raphaël Rousset
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Interactions Moléculaires et Cellulaires
• Date : Soutenance le 28/10/2022
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Sophia Agrobiotech (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Côte d’Azur (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Christine Coustau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christine Coustau, Julien Colombani, Anne-Marie Martinez, Benoit Chassaing
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Julien Colombani, Anne-Marie Martinez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bacillus thuringiensis

Bioinsecticides

Régénération (biologie)

Homéostasie

Cellules souches

Mots clés libres

Cellules souches intestinales

Homéostasie

Régéneration

Bioinsecticides Bt

Intestinal stem cells

Homeostasis

Regeneration

Bt bioinsecticides

Résumé

L'intestin est un organe multifonctionnel complexe faisant partie du système digestif. Pour maintenir son intégrité et ses différentes fonctions (digestives, absorbantes, immunitaires, endocriniennes), l'épithélium intestinal doit faire aux agressions quotidiennes provenant des aliments, des métabolites, du microbiote, des pathogènes ou des molécules chimiques ingérés. L'épithélium intestinal étant une unique couche cellulaire, il doit lutter en permanence pour garder son intégrité et ses fonctions. Pour y parvenir, les cellules souches intestinales (ISC) permettent à l'intestin de générer de nouvelles cellules remplaçant celles lésées, âgées ou mortes, maintenant l'homéostasie tout en limitant le risque de développer des pathologies telles que les maladies inflammatoires et les cancers.Mes travaux de thèse s'appuient sur l'intestin de Drosophila melanogaster, modèle reconnu pour étudier les mécanismes d'homéostasie intestinale et la biologie des cellules souches adultes. Dans un premier projet, j'ai analysé le rôle des protéines du groupe Polycomb (PcG) dans les ISC. J'ai également, dans un deuxième projet, étudié les effets de l'ingestion chronique d'insecticides à base de la bactérie Bacillus thuringiensis (Bt) sur le développement de maladies intestinales.Les protéines PcG participent à l'organisation 3D du génome et au contrôle de l'expression génique. Les PcG et leurs mécanismes sont conservés des plantes aux mammifères et ont d'abord été identifiés comme régulateurs dans les processus de développement. Plus tard, les PcG ont été décrits comme impliqués dans divers processus, notamment la régulation des cellules souches adultes. Les activités d'ubiquitination et de triméthylation de deux complexes répressifs Polycomb majeurs, PRC1 et 2, conduisent à la propagation et au maintien de la répression génique en compactant la chromatine. J'ai montré par des expériences de perte de fonction que PRC1 et PRC2 permettent le maintien de l'identité des ISC et de leur capacité à générer des cellules différenciées. En effet, les ISC mutantes perdent les marqueurs cellules souches et forment des tumeurs néoplasiques. En étudiant différentes voies de signalisation, j'ai identifié la voie JAK/STAT comme étant activée dans les tumeurs générées. Les protéines PcG impacte donc directement l'homéostasie intestinale en agissant comme suppresseur de tumeur dans les ISC.En condition défavorable, le genre Bacillus a la particularité de former un état de dormance extrêmement résistant, la spore. La réponse de l'intestin face aux spores de bactéries a été très peu étudiée et fait l'originalité de la thématique de l'équipe. Sous forme de spores, Bt est le bioinsecticide le plus utilisé en agriculture comme méthode alternative aux pesticides chimiques pour protéger les cultures des ravageurs. Bt est génétiquement très proche de B. cereus (Bc), qui est le deuxième agent responsable de toxi-infections alimentaires collectives (TIAC) en France. Alors que l'impact de Bt sur les organismes non-cibles est controversé, des études récentes suggèrent que certaines TIAC pourraient être attribuées à des souches de Bt d'origine agricole. Ainsi, mon deuxième projet avait pour objectif d'évaluer si la présence répétée de Bt dans l'intestin via l'alimentation pouvait induire un contexte pathologique. Nous avons montré que l'ingestion chronique de Bt, à des doses agricoles, induit une dysplasie précoce et un vieillissement prématuré de l'intestin. J'ai également montré que ce phénomène était aggravé chez des drosophiles génétiquement prédisposées à développer des maladies inflammatoires. Ainsi, ce travail permet une première évaluation des risques de maladies intestinales liées à la consommation chronique d'insecticides Bt.

The intestine is a complex multifunctional organ that is part of the digestive system. To maintain its integrity and its various functions (digestive, absorbent, immune, endocrine), the intestinal epithelium must deal with daily aggressions from food, metabolites, microbiota, pathogens or chemical molecules that are ingested. Since the intestinal epithelium is a single-cell layer, it must constantly fight to maintain its integrity and functions. To achieve this, intestinal stem cells (ISC) allow the intestine to generate new cells to replace injured, old or dead ones, maintaining homeostasis while limiting the risk of developing pathologies such as inflammatory diseases and cancers. My thesis work relies on the intestine of Drosophila melanogaster, a recognized model for studying intestinal homeostasis mechanisms and adult stem cell biology. In a first project, I analyzed the role of Polycomb group (PcG) proteins in ISC. In a second project, I also studied the effects of chronic ingestion of Bacillus thuringiensis (Bt) insecticides on the development of intestinal diseases.PcG proteins participate in the genome 3D organization and in gene expression control. PcG and their mechanisms are conserved from plants to mammals and were first identified as regulators in developmental processes. Later, PcG were described as involved in various processes, including the regulation of adult stem cells. The ubiquitination and trimethylation activities of the two major Polycomb repressive complexes, PRC1 and 2, lead to the propagation and maintenance of gene repression by chromatin compaction. Through loss-of-function experiments, I have shown that PRC1 and PRC2 allow the maintenance of ISC identity and their ability to generate differentiated cells. Indeed, ISC mutant lose stem cell markers and form neoplastic tumors. By studying different signaling pathways, I identified the JAK/STAT pathway as being activated in the resulting tumors. PcG proteins therefore directly impact gut homeostasis by acting as tumor suppressors in ISCs.In unfavorable conditions, the Bacillus genus can form an extremely resistant state of dormancy, the spore. The intestinal response to bacterial spores has been poorly studied and makes the originality of the team's work. In the form of spores, Bt is the most widely used bioinsecticide in agriculture as an alternative method to chemical pesticides to protect crops from pests. Bt is genetically very close to B. cereus (Bc), which is the second agent responsible for foodborne outbreaks (FBO) in France. While the impact of Bt on non-target organisms is controversial, recent studies suggest that some FBO could be attributed to Bt strains from agriculture. Thus, my second project aimed to assess whether the repeated presence of Bt in the intestine through the food could induce a pathological context. We have shown that Bt chronic ingestion, at agricultural doses, induces early dysplasia and premature aging of the gut. I also showed that this phenomenon was aggravated in fruit flies genetically predisposed to develop inflammatory diseases. Thus, this work provides a first assessment of the risks of intestinal diseases linked to the chronic consumption of Bt insecticides.