Recherche fondamentale en infectiologie

Prof. Christoph Dehio Bâle		Dr Ralf Schülein Bâle

Un signal bipartite intervient dans la transmission de subtrats de Bartonella henselae dans des cellules humaines par le système de sécrétion de type IV

Résumé
Un signal de reconnaissance pour la transmission d’une protéine de virulence bactérienne dans les cellules humaines
Des facteurs de virulence spécifiques permettent aux agents pathogènes bactériens d’infecter l’homme. C’est généralement le processus infectieux qui détermine l’interaction ordonnée entre différents facteurs de virulence. De tels systèmes de virulence ne naissent pas « spontanément » ex nihilo, mais ils se développent plutôt à partir de la transformation fonctionnelle de systèmes physiologiques existants (par ex., pour le transport de substance ou la locomotion), qui se sont formés progressivement au cours de longue genèse des bactéries. Les systèmes de sécrétion de type IV (T4SS) en sont un exemple. Ces systèmes de transport complexes permettent le transfert d’ADN entre les cellules bactériennes par le processus de conjugaison bactérienne. Dans ce contexte, un complexe ADN/protéine est transmis par le T4SS d’une cellule donneuse à une cellule receveuse. Certains agents pathogènes importants de l’homme ont adapté le T4SS comme systèmes de virulence et transmettent des protéines de virulence directement du cytoplasme de l’agent pathogène dans le cytoplasme de cellules hôtes infectées. Parmi ces agents pathogènes, on trouve Helicobacter pylori (infecte 50% de la population mondiale et provoque des ulcères gastriques et des cancers de l’estomac), Legionella pneumophila (est à l’origine de la maladie des légionnaires), Brucella spp. (provoque des brucelloses), Rickettsia spp. (entraînent le typhus), Coxiella burneti (entraîne la fièvre Q) et Bartonella spp. (entraînent des bartonelloses). Malgré l’importance centrale des T4SS pour la virulence de ces agents pathogènes, on n’a à ce jour identifié que quelques-unes des protéines de virulence ainsi transmises. On n’a jusqu’à présent pas non plus pu identifier de signal de reconnaissance pour le T4SS au sein de ces protéines de virulence. L’agent pathogène Bartonella henselae s’est révélé particulièrement adapté à l’étude fonctionnelle de ces aspects. En plus d’autres tableaux cliniques, cet agent pathogène transmis du chat à l’homme provoque en particulier la formation de tumeurs vasoprolifératives chez les individues immunodéprimés (angiomatose bacillaire). La tumeur se développe à partir d’une interaction complexe entre l’agent pathogène et les cellules endothéliales – le type de cellules qui tapissent les parois vasculaires. Dans les cellules endothéliales infectées, on observe la modification du cytosquelette, le déclenchement d’une réaction inflammatoire, la suppression de la mort cellulaire programmée, ainsi que la stimulation de la division cellulaire, entraînant la formation incontrôlée de néovaisseaux et donc la croissance tumorale. Lors de la stimulation de ces processus cellulaires par Bartonella henselae, un T4SS de ces agents pathogènes joue un rôle essentiel. Dans le travail récompensé, on a décrit pour la première fois la protéine de virulence transmise de Bartonella henselae dans les cellules endothéliales humaines à l’aide du T4SS. Un segment génomique qualifié d’ilôt de pathogénicité code pour les sept protéines de virulence identifiées (BepA-BepG), ainsi que pour les onze composants protéiques du T4SS. La mutation des gènes qui codent pour BepA-BepG entraîne la perte de tous les effets cellulaires connus dépendants du T4SS dans les cellules endothéliales. L’analyse de l’organisation modulaire de cette protéine de virulence s’est révélée novatrice lors de l’identification du signal de reconnaissance pour la transmission par le T4SS. À une extrémité (N-terminal), on trouve des domaines protéiques hétérogènes qui ne sont pas impliqués dans la transmission par le T4SS, mais qui jouent toutefois un rôle important dans les cellules endothéliales lors du déclenchement des effets cellulaires. À proximité immédiate de l’autre extrémité (C-terminal), on trouve cependant un domaine comparable chez toutes les protéines de virulence Bep, suivi d’une séquence terminale chargée positivement. Ce segment protéique bipartite s’est avéré être le signal de reconnaissane recherché pour la transmission par le T4SS. En effet, des protéines étrangères sont reconnues par le T4SS après couplage de ce signal de reconnaissance et transmises efficacement dans les cellules endothéliales. La connaissance du signal de reconnaissance T4SS de la protéine de virulence Bep a également permis de mettre en évidence pour la première fois, au moyen de comparaisons de séquences, les signaux de reconnaissance des relaxases conjugatives qui fixent l’ADN devant être transféré pendant le processus de conjugaison bactérienne et qui le transfère par un T4SS dans une autre cellule bactérienne. Les relaxases conjugatives représentent ainsi l’orginie évolutionnaire du signal de reconnaissance de substrats protéiques du T4SS dont la fonction a été caractérisée dans la présente étude. Il est intéressant de noter qu’après couplage à une protéine étrangère, le signal de reconnaissance d’une relaxase conjugative a également entraîné le transfert protéique dépendant du T4SS de Bartonella henselae dans les cellules endothéliales humaines. Pour la première fois, on a ainsi démontré que les signaux de reconnaissance des substrats protéiques d’un T4SS associé à la virulence, ainsi que d’un T4SS servant à la conjugaison bactérienne, étaient interchangeables au niveau fonctionnel.

Importance de l’ouvrage
Les résultats de la présente apportent des connaissances approfondies concernant l’évolution et le mode de fonctionnement du T4SS qui est important pour la virulence bactérienne, en particulier en ce qui concerne la reconnaissance moléculaire des protéines de virulence transmises. L’identification d’un domaine protéique conservé dans les séquences de reconnaissance caractérisées du T4SS constitue également une cible intéressante pour le développement d’anti-infectieux novateurs, qui visent à bloquer la transmission de protéines de virulence T4SS dépendante. Par ailleurs, ce travail pourrait avoir un effet positif sur l’utilisation thérapeutique du T4SS. Ceci résulte de la mise en évidence de la transmission T4SS dépendante de protéines étrangères dans des cellules humaines, auxquelles on a couplé un signal de reconnaissance correspondant. L’introduction intracellulaire de vaccins ou de protéines à effet thérapeutique par des agents pathogènes atténués pourrait constituer un éventuel domaine d’application en faveur d’une utilisation du T4SS.

Schülein R, Guye P, Rhomberg TA, Schmid MC, Schröder G, Vergunst AC, Carena I, and Dehio C. A bipartite signal mediates the transfer of type IV secretion substrates of Bartonella henselae into human cells. Proc Natl Acad Sci U S A, 2005; 102: 856-861.
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Résumé du travail primé
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