Étude des mécanismes et de la dynamique de la vie intravacuolaire de Listeria monocytogenes dans les cellules épithéliales

Deciphering the mechanisms and dynamics of Listeria monocytogenes intravacuolar life in epithelial cells

• Auteur / Autrice : Thomas Petit
• Direction : Alice Lebreton
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie et immunologie
• Date : Soutenance le 26/03/2025
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie de l'École normale supérieure (Paris ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Dynamique du dialogue bactérie-cellule (Paris ; 20..-....)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement de préparation de la thèse : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Espéli
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alice Lebreton, Olivier Espéli, Matteo Bonazzi, Patricia Doublet, Claire Maudet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Matteo Bonazzi, Patricia Doublet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Immunologie

Microbiologie

Mots clés libres

Vacuole

Listeria monocytogenes

Microbiologie cellulaire

Interactions hôtes-pathogènes

Vie intravacuolaire

Bactérie intracellulaire

Vacuole

Listeria monocytogenes

Cellular microbiology

Host-Pathogen interactions

Intravacuolar lifestyle

Intracellular bacterium

Résumé

La bactérie pathogène Listeria monocytogenes (Lm) est l’agent responsable de la listériose, une maladie d'origine alimentaire opportuniste aux conséquences graves chez les personnes âgées, immunodéprimées, les fœtus ou les nouveau-nés. Après son entrée dans les cellules épithéliales, Lm a été classiquement décrite comme sortant rapidement des vacuoles d’internalisation et adoptant un mode de vie cytosolique. Cependant, dans des lignées de cellules épithéliales intestinales humaines, environ 10 % des bactéries peuvent rester plus d’une heure et se répliquer rapidement dans des vacuoles nommées eSLAP. Mes travaux ont étendu la gamme connue des lignées cellulaires permissives pour la formation de eSLAP à au moins huit lignées cellulaires cancéreuses provenant d’organes divers, tels que le côlon, le sein et le foie. Ces compartiments acquièrent des marqueurs lysosomaux, suggérant un processus de maturation aménagée le long de la voie endolysosomale au cours duquel la fusion avec les lysosomes assure un apport de membrane, tandis qu’une détoxification des vacuoles permet la croissance bactérienne. Plusieurs facteurs de virulence sécrétés par Lm contribuent à l’aménagement et à la stabilité de ces compartiments. Nous avons ainsi confirmé que la listériolysine O, et plus précisément son activité cytolytique, était nécessaire à la croissance vacuolaire des bactéries. À l’opposé, nous avons démontré que la phospholipase PlcB déstabilise les membranes des eSLAP, favorisant ainsi l’échappement des bactéries. Nos résultats indiquent que le pH neutre des eSLAP module la fonction de PlcB dans l’échappement en ralentissant sa maturation et sa sécrétion. Finalement, nous avons observé que PrfA, le principal activateur transcriptionnel des gènes de virulence de Lm, est à l’état actif chez les bactéries localisées dans les eSLAP. Une conséquence notable de cette activation est que les bactéries résidentes des eSLAP synthétisent ActA dès le stade vacuolaire, puis recrutent l’actine plus rapidement à la sortie de la vacuole que celles émergentes des vacuoles d’internalisation, ce qui leur confère un avantage potentiel en accélérant leur dissémination ou grâce à un évitement de l’autophagie. Ces travaux enrichissent notre compréhension du cycle infectieux de Lm, en révélant comment cette bactérie peut coloniser deux niches intracellulaires distinctes dans les cellules épithéliales. De plus, nos résultats suggèrent que les eSLAP pourraient servir de « camp d’entraînement » pour la virulence et la colonisation du cytosol., qu’il serait pertinent d’explorer à l’avenir dans des modèles infectieux plus proches de la pathologie, permettant d’évaluer leurs rôles dans la dissémination bactérienne et la progression de l’infection.

The pathogenic bacterium Listeria monocytogenes (Lm) is the causative agent of listeriosis, an opportunistic foodborne disease with serious consequences in the elderly, immunocompromised individuals, fetuses and newborns. Following entry into epithelial cells, Lm has classically been described as rapidly evading from internalization vacuoles and adopting a cytosolic lifestyle. However, in human intestinal epithelial cell lines, around 10 % of bacteria can remain for more than an hour and replicate in vacuoles known as eSLAPs. My thesis work has extended the observation of eSLAPs to at least eight cancer cell lines from various organs, such as colon, breast and liver. These compartments acquire lysosomal markers, suggesting that they mature along the endolysosomal pathway. Compared with lysosomes, these compartments are detoxified, thus allowing bacterial growth, while microtubule-dependent fusion with lysosomes allows the expansion of the vacuole membrane. Several virulence factors secreted by Lm additionally contribute to eSLAP maintenance. Indeed, we confirmed that listeriolysin O, and more specifically its pore-forming activity, is required for bacterial growth in vacuoles. By contrast, we demonstrated that the phospholipase PlcB destabilizes eSLAP membranes, thereby promoting bacterial escape. Our results suggest that the neutral pH of eSLAPs modulates the function of PlcB in bacterial escape by delaying its maturation and secretion. Finally, we observed that PrfA, the transcriptional activator of Lm virulence genes, is in an active state in bacteria residing in eSLAPs. A significant consequence of this activation is that bacteria residing in eSLAPs synthesize ActA at their vacuolar stage, and then recruit actin more rapidly upon vacuolar egress than those emerging from internalization vacuoles, which confers them a potential advantage by accelerating their dissemination or favoring their avoidance of autophagy. This work expands our understanding of the infectious cycle of Lm, revealing how this bacterium can colonize two distinct intracellular niches in epithelial cells. Furthermore, our results suggest that eSLAPs could serve as a niche for virulence priming and efficient cytosol colonization, the relevance of which would be worth testing in more representative infectious models, focusing on their roles in bacterial dissemination and infection progression.