Évaluation des facteurs de virulence associés aux Escherichia coli producteurs de colibactine dans le cancer colorectal.

Evaluation of virulence factors from colibactin-producing Escherichia coli in the development of colorectal cancer.

• Auteur / Autrice : Héloïse Chat
• Direction : Julien Delmas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 01/12/2023
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de la Vie, Santé, Agronomie, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Microbes, Intestin, Inflammation et Susceptibilité de l’Hôte
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Delbac
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benoit Chassaing, Muriel Bonin, Lucie Etienne-Mesmin, Amel Mettouchi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Benoit Chassaing, Muriel Bonin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cancer colorectal

Escherichia coli

Microflore

Mots clés libres

Microbiote

Colibactine

Cnf1

Sérine-Protéase

Mucus

Vat

Microbiota

Colibactin

Cnf1

Serine protease

Cnf1

Vat

Résumé

Le cancer colorectal (CCR) est le 2ème cancer le plus mortel, tout sexe confondu. Dans 90 % des cas, les patients développent un CCR spontanément, soulignant l'importance des facteurs environnementaux dans l'étiologie de ce cancer. L'altération de la composition du microbiote est associée dans de nombreuses études au développement du CCR. La muqueuse colique des patients atteints de CCR est anormalement colonisée par des Escherichia coli producteurs de la toxine colibactine (CoPEC). Ce composé, synthétisé par un îlot génomique de pathogénicité pks, a une action génotoxique. Il est capable d'alkyler l'ADN, d'induire des instabilités chromosomiques et des cassures double-brin après infection de cellules humaines en culture ou d'organoïdes mais également dans différents modèles murins. L'augmentation des dommages à l'ADN dans les cellules infectées peut amener à l'apparition de mutations, à l'arrêt du cycle cellulaire et la sénescence des cellules infectées. Néanmoins, la présence des CoPEC n'explique pas, à elle-seule, la pathogénie de la souche. Afin de comprendre l'implication des CoPEC dans le développement du CCR, il s'avère nécessaire d'étudier la synergie entre les différents facteurs de virulence* produits par ces bactéries. Le premier axe de ma thèse porte sur l'impact de l'association entre deux cyclomodulines retrouvées chez les CoPEC : la colibactine et Cnf1 (cytotoxic necrotizing factor 1). Nous avons démontré que le gène cnf1 est associé à la présence de l'îlot pks dans 95 % des E. coli isolés d'une cohorte de patients ayant un CCR. Nos travaux de recherche ont mis en évidence que Cnf1 limite le pouvoir de tumorigenèse des CoPEC et diminue la sénescence et l'inflammation associées à l'infection. Dans un deuxième axe, nous avons montré que les CoPEC possèdent des enzymes mucolytiques et nous avons déterminé leur rôle sur l'effet cancérigène des bactéries. En effet, il a été démontré que les CoPEC doivent être en contact étroit avec les cellules intestinales pour induire des dommages à l'ADN. La bactérie doit donc traverser le mucus protecteur qui recouvre l'épithélium colique pour accéder aux cellules. Le gène codant la mucine-protéase Vat, déjà décrite chez d'autres E. coli pathobiontes, est associé dans 100 % des cas à la présence de l'îlot pks dans les souches de E. coli isolées de patients CCR. Cette mucine-protéase pourrait permettre aux CoPEC de coloniser la couche de mucus intestinal protectrice, d'atteindre les cellules épithéliales coliques et ainsi d'induire leur action génotoxique. Ces travaux de recherches justifient la nécessité de prendre en compte l'ensemble du virulome des E. coli pour mieux comprendre leur pathogénie et ainsi améliorer la prise en charge des patients colonisés par des CoPEC et ayant un CCR.

Colorectal cancer (CRC) is the 2nd most deadly cancer, regardless of gender. In 90% of cases, patients develop CRC spontaneously, underlining the importance of environmental factors in the etiology of this cancer. In fact, altered microbiota composition has been associated with the development of CRC in numerous studies. The colonic mucosa of CRC patients is abnormally colonized by colibactin toxin-producing Escherichia coli (CoPEC). This compound, synthesized by a genomic island of pks pathogenicity, has a genotoxic action. It can alkylate DNA, induce chromosomal instabilities and double-strand breaks after infection of human cells in culture or organoids, but also in various mouse models. Increased DNA damage in infected cells can lead to mutations, cell cycle arrest and senescence. Nevertheless, the presence of CoPEC alone does not explain the pathogenesis of the strain. In order to understand the involvement of CoPEC in the development of CRC, it is necessary to study the synergy between the different virulence factors produced by these bacteria. The first part of my thesis focuses on the impact of the association between two cyclomodulins found in CoPEC: colibactin and Cnf1 (cytotoxic necrotizing factor 1). We have demonstrated that the cnf1 gene is associated with the presence of the pks island in 95% of E. coli isolated from a cohort of CRC patients. Our research has shown that Cnf1 limits the tumorigenic potential of CoPEC and reduces associated senescence and inflammation. Secondly, we have shown that CoPEC possess mucolytic enzymes, and we have determined their role in the carcinogenic effect of bacteria. Indeed, it has been shown that CoPEC must be in close contact with intestinal cells to induce DNA damage. The bacteria must therefore penetrate the protective mucus covering the colonic epithelium to gain access to the cells. The gene encoding the Vat mucin protease, already described in other pathobiontic E. coli, is associated in 100% of cases with the presence of the pks island in our cohort of CRC patients. This mucin protease could enable CoPEC to colonize the protective intestinal mucus layer, reach colonic epithelial cells and thus induce their genotoxic action. This research reinforces the need to consider the entire virulome of the bacterium to better understand its pathogenesis, and thus potentially improve the management of CoPECcolonized patients with CRC.