Transcript les Facteurs de virulence des bactéries à tropisme intestinal

Les facteurs de virulence
des bactéries à tropisme
intestinal
JM SCHEFTEL
Vendredi 4 mars 2011
Master Physio-Pathologie Cellulaire et Moléculaire
Les bactéries à tropisme intestinal engendrent
différents types de syndromes gastro-intestinaux infectieux
Gastro-entérite aiguë
Diarrhées hydriques: cholériformes
Diarrhées dysentériques: dysentériformes
Diarrhées hémorragiques, ulcéro-hémorragiques
Bactéries à tropisme intestinal, responsables
de syndromes digestifs: exemples
Salmonella typhimurium
Shigella dysenteriae
Yersinia enterocoltica
Escherichia coli (pathovars)
Vibrio cholerae
Campylobacter jejuni
Aeromonas hydophila
Clostridium difficile
Staphylococcus aureus
Les différents types de diarrhées infectieuses
mettent en jeu des mécanismes physio-pathologiques
spécifiques basés sur l’ implication de facteurs de virulence
selon des stratégies de mieux en mieux connues.
Facteurs de virulence
Facteurs d’adhésion, facteurs de colonisation
Facteurs d’invasion
Production d’entérotoxines cytotoniques ou
cytotoxiques
Escherichia coli : exemple type
Entérobactérie commensale habituelle du côlon, prédominante
au sein de la flore aérobie-anaérobie facultative de l’intestin
Mais certaines souches (pathovars ou pathotypes) sont de
véritables pathogènes intestinaux en provoquant différents types
de syndromes gastro-intestinaux.
Les différents pathovars
d’ E.coli
From Bacterial Pathogenesis
1994
Les souches EPEC
Modèle de virulence pour le pouvoir
d’adhésion
Les EPEC : 1ères souches d’E.coli identifiées comme agent de
diarrhées responsables de troubles intestinaux graves chez les
jeunes enfants enfants de moins d’un an.
Diarrhée néo-natale (important taux de décès dans les pays en
voie de développement )
Virulence:
Présence de facteurs d’adhésion
Présence de facteurs d’attachement-effacement
Absence de facteurs entérotoxiques
les formes d’attachement de la bactérie à l’entérocyte
lumière intestinale
bactérie
piédestal
Travaux de Ilan Rosenshine
Ann de l’Institut Pasteur, actualités (1997) 8,2,157-161
Liaison initiale
ex Hp 90
TIR
Liaison initiale : due à des pili
qui forment des faisceaux
BFP: bundle- forming pili
fimbriae de type IV
BFP provoque agrégation des
EPEC et la formation de microcolonies à la surface de la cellule
hôte. Les bactéries attachées par
BFP se trouvent à une distance de
100 nm à 300 nm de la membrane
de la cellule hôte.
Ce contact avec l’entérocyte
déclenche chez EPEC l’expression de
l’ îlot de pathogénicité (locus
d’effacement des entérocytes)
Liaison intime
Liaison intime : produite par une
protéine de la membrane externe,
l’intimine.
La distance entre la membrane externe
et la cellule hôte est de 10 nm
L’ intimine induit la formation d’une
protéine par le système TSSS (type
III secretion system) qui est insérée
dans la membrane :Translocated intimin
receptor (TIR) (ex Hp 90)
ex Hp90
TIR
Esps: EPEC secreted proteins
EspA, EspB, EspD engagées dans le
processus d’attachement-effacement
La signalisation intracellulaire
Phosphorylation de la tyrosine de TIR
Activation de la phospholipase C
Génération d’un flux Inositol P
IP3 provoque un flux de Ca2+
Activation de LCM kinase: phosphory
lation de LCM.
Polymérisation de l’actine
et phosphorylation de la myosine
formation d’un piédestal
ex Hp 90
TIR
Polymérisation de l’actine
Piédestal à l’origine de la formation
des lésions A/E de la bordure en
brosse.
Les gènes nécessaires à ces processus
sont regroupés dans le locus
d’effacement des entérocytes (LEE)
C’est un îlot de pathogénicité de 35 kb
contenant les gènes d’un système
secréteur de type III et de protéines
effectrices transportées dans la cellule
Piédestal et EPEC
Travaux de J Cleary et al
Enteropathogenic Escherichia coli (EPEC) adhesion to intestinal
Epithelial cells: role of bundle-forming pili (BFP), EspA filaments
and intimin
Microbiology 150 ,2004, 527-538
Protocoles expérimentaux (E.coli)
Travaux de Cleary et coll (2004)
Souches
Génotype
Phénotype
cellules intestinales Caco-2
adhésion
100
bfpA
espA
eae
E2348/69
+
+
+
UMD 880
+
-
-
110
UMD 886
-
+
-
8
UMD 883
-
-
+
0
UMD 888
-
-
-
0
La souche sauvage E.coli 2348/69 adhère rapidement (< 10 min) à la bordure en
brosse des cellules Caco-2 et forme des micro-colonies et des lésions typiques
A/E.
La souche double mutante UMD880 (bfpA+, espA-,eae-) adhère aussi rapidement
La souche UMD886 (bfpA-, espA+,eae-) adhère plus tardivement (> 1h) et moins
efficacement.
La microscopie confocale indique que l’adhésion est médiée par BFP et EspA
La souche UMD883 (bfpA-, espA-,eae+) , incapable d’effectuer la translocation
de TIR , n’adhère pas.
La souche UMD 888 triple mutante (bfpA-, espA-,eae-) est incapable d’adhérer
Microscope confocal à balayage laser
Principe du microscope confocal
Cellules Caco-2 normales
Microscopie confocale: a:vue horizontale et b: vue verticale
coloration de l’actine (vert: fluorescéine)
c:Microscopie électronique à balayage
Cellules Caco-2 infectées par la souche sauvage E.coli E2348/69
a: 10 min : bactéries (rouges) adhérentes à la bordure en brosse (BB:vert)
b: bactéries expriment BFP (rouge), EspA (vert), intimine (vert)
c: BFP (vert) induit l’attachement initial à BB(rouge) et agrégation bactériebactérie (bleue)
d et e: après 3 h : micro-colonies (bactéries liées par BFP)
f: après 6 h (A/E lésions) h : SEM: A/E lésions (scanning electron micrograph)
Microscopie confocale : a , b, c, e, f SEM : d
Souche E.coli UMD 88O bfpA +, espA-, eae- (a) : adhésion en 10 min
(b et c) : fibrilles de BFP adhérents à BB
SEM: fibrilles BFP adhérents aux microvillosités
e et f : micro-colonies
Microscopie confocale:
(a) : cellules Caco-2 infectées par souche E.coli UMD 886(bfpA - espA+ eae -)
3h: quelques bactéries (rouge) adhérentes à la bordure en brosse (vert)
(b): adhésion x10 après lavage modéré
(c et d) visualisation des filaments EspA (vert) impliqués dans l’adhésion.
Microscopie confocale: a, b et c
Co-infection: A: souche E.coli UMD 883 bfpA-, espA-, eae+ et B : E.coli
bfpA+, espA+, eae-
Seule souche A colorée : adhésion 3h (accrétion d’actine en vert et bactérie en
rouge)
Pouvoir pathogène des EPEC
Capacité d’absorption réduite due à la perte des micro-villosités
Stimulation de la sécrétion de chlorures
Perméabilité accrue de l’épithélium
Modèle de pouvoir invasif
Diarrhées dysentériques dues à Shigella spp
Facteurs de virulence:
Facteurs invasifs
Facteurs de dissémination intracellulaire
Associé à production d’entérotoxines
Les shigelles pénètrent par les cellules M des plaques de Peyer
Facteurs de virulence:
codés par le plasmide de virulence de 220 kb
sécrétés par l’intermédiaire du système de sécrétion de type III
Ipa A, Ipa B, Ipa C, Ipa D : invasines
Description du processus d’invasion
Fait intervenir des changements au niveau des
des composants du cytosquelette de la cellule
au niveau de l’actine conduisant à la formation
d’extensions cellulaires et de rides
Extrusion de la membrane soutenue par des
filaments d’actine entourant la bactérie
La bactérie est captée, enveloppée, engloutie
en 5-10 min. Il y a activation de GTP ases de
type Rho, de la vinculine, recrutement de
protéines d’adhésion (ezrine, paxilline,) pour
former un complexe d’adhésion focalisé (rôle
de Ipa D).
Mécanisme de macropynocytose.
La bactérie est internalisée dans une vacuole,
le phagosome.
Lyse de la membrane du phagosome
(rôle de Ipa B et Ipa C)
Description du processus de dissémination
Dissémination de la bactérie à l’aide des
filaments d’actine la propulsant dans le cytosol
vers les cellules adjacentes.
Rôles de IcsA, de cadhérine
IcsA induit la polymérisation de filaments
d’actine, à l’un des pôles de la bactérie.Ceci
propulse la bactérie à l’intérieur du cytoplasme
dans la direction opposée à cette queue en
croissance
La queue reste stationnaire dans le cytoplasme.
C’est le dépôt continu d’actine sur cette queue
qui fait se déplacer la bactérie.
La bactérie « mobile » peut pénétrer dans une
cellule adjacente en formant une poche dans la
membrane.
Accès de Shigella à la membrane
baso-latérale des entérocytes du
côlon?
la localisation de Shigella sur la
muqueuse apicale stimule la migration
des PNN ou macrophages sur la face
basale.
La rupture des jonctions
intercellulaires qui s’ensuit permet aux
bactéries de traverser cet espace et
d’accéder à la face baso-latérale.
Endocytose par la face BL augmentant
le potentiel invasif de shigella
Facteur de virulence: entérotoxine cytotoxique
Type de la diarrhée dysentérique
Toxines de Shiga, toxines shiga-like (EIEC)
Vérotoxines (EHEC):
VT1 , shiga-like toxin (SLT 1)
VT2 : 60% identité avec VT1 (SLT 2)
Toxine de Shiga: protéine multimérique de 70 kDa composée d’une
sous-unité (su) A catalytique de 32 kDa et de 5 su B de 7,7 kDa
Les su B se fixent sur un récepteur de nature glycolipidique : globotriaosyl
céramide (Gb3)
sous unité A est internalisée par endocytose
Un phagolysosome se forme dans lequel les enzymes lysosomiaux clivent A
en A1
La su A1 inhibe la synthèse protéique en inactivant la su 60 S du ribosome
par arrêt de la fixation TRNA-AA induisant l’arrêt de l’élongation des
protéines d’où un effet cytoxique
Facteur de virulence: entérotoxine cytotonique
Type de la diarrhée hydrique
ou
Toxine thermolabile d’E.coli
Toxine cholérique de Vibrio cholerae
Protéines multimériques de 84 kDa
1 su A de 28 kDa catalytique constituée de 2 su A1 et A2 liées par
un pont di-S
5 su B de 11,5 kDa de fixation
Mode d’action: su B se fixent à un ganglioside (GM1) présent sur
la membrane des entérocytes
Changement conformationnel de la toxine - création d’un canal
hydrophile
Conclusions
Les bactéries pathogènes à tropisme intestinal développent
des stratégies basées sur des capacités
d’adhésion, de colonisation
d’invasion
d’élaboration de facteurs entérotoxiques
Ces facteurs de virulence sont à l’origine des manifestations
digestives observées dans chaque type de pathologie.