Analyse de nouveaux régulateurs de la voie de transduction du signal IMD chez Drosophila melanogaster

Analysis of new regulators of the IMD signaling pathway in Drosophila melanogaster

• Auteur / Autrice : Nouara Lhocine
• Direction : François Leulier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Régulation négative

immunologie

Intestins

Tolérance immunitaire

embryologie

Facteur de transcription NF-kappa B

Transduction du signal

Drosophila melanogaster

Résumé

L'immunité innée représente la première ligne de défense contre les infections et ses mécanismes ont été conservés au cours de l'évolution. Elle repose sur la reconnaissance de structures microbiennes conservées absentes des cellules de l'hôte (Microbe Associated Molecular Patterns) par des récepteurs spécifiques (Pattern Récognition Receptors). La drosophile est dépourvue de système immunitaire adaptatif et ne dispose que d'un système immunitaire inné pour lutter contre les infections microbiennes. Chez la drosophile, les facteurs NF-KappaB (Nuclear Factor-KappaB) sont activés au cours de la réponse immunitaire par les voies de signalisation Toll et IMD. La voie IMD est induite en réponse aux infections par des bacilles et régule l'expression de peptides antibactériens ; la voie Toll est principalement activée après infection par des coques et des champignons et régule l'expression de peptides antifongiques et d'un nombre restreint de peptides antibactériens. Des mutations inactivant ces deux voies bloquent l'expression de gènes codant les peptides antimicrobiens, causant une susceptibilité accrue aux infections microbiennes. Une comparaison des cascades gouvernant NF-KappaB chez la drosophile et les mammifères montre des parallèles saisissants entre la voie IMD et la voie TNF-R1 (Tumour Necrosis Factor receptor-1). Mon projet de thèse consiste en l'étude de la régulation des facteurs NF-KappaB chez la drosophile. Mon objectif était d'identifier de nouveaux régulateurs de la voie IMD par une approche génétique. Des données préliminaires obtenues lors de cribles effectués à partir de cellules en culture par ARN interférence (ARNi) avaient suggéré un rôle d'une protéine à domaine RING appelée DIAP2 (Drosophila Inhibitor of Apoptosis 2) dans la voie IMD. Nous avons montré qu'une délétion de diap2 induit chez la drosophile une susceptibilité accrue aux infections par des bactéries à Qram négatif associée à un défaut d'expression des gènes codant les peptides antibactériens. Des expériences d'épistasie ont démontré que DIAP2 est un régulateur positif de la voie IMD qui agit en aval de la protéine adaptatrice IMD. Pris dans son ensemble, mon travail a montré que DIAP2 est un nouveau composant de la voie IMD. Le laboratoire de Pascal Meier (Cancer Institute, Londres) a identifié une nouvelle protéine appelée PIMS (PGRP-LC-interacting Inhibitor of IMD Signaling) capable d'interagir en culture de cellules avec PGRP-LC, le récepteur de la voie IMD. J'ai étudié la fonction de PIMS à l'aide d'approches ARNi et génétique. Ainsi l'inactivation de PIMS in vivo provoque gne activation constitutive de la voie IMD dans l'intestin en absence d'infection et une suractivâtion de cette même voie après infection bactérienne orale. Mon travail établit que PIMS régule négativement la voie IMD, empêchant son activation inappropriée par la flore intestinale ou lors d'une infection. Nos collaborateurs anglais ont par ailleurs montré que PIMS pourrait agir dans le recyclage du récepteur à la membrane et réguler son interaction avec la protéine adaptatrice IMD/ou affecterait la stabilité ou la localisation du récepteur PGRP-LC à la membrane. Ce travail nous a permis d'identifier un nouveau régulateur négatif de la voie IMD qui participe à l'homéostasie du système immunitaire au niveau de l'intestin. Chez les vertébrés, la famille des facteurs de transcription de type NF-KappaB joue un rôle majeur lors des phénomènes d'immunité, d'inflammation, de prolifération cellulaire et d'apoptose. Bien que ces facteurs soient l'objet de nombreuses études, de nombreux aspects de leur fonction et de leur régulation chez les mammifères ne sont toujours pas élucidés. La réponse immunitaire de la drosophile présente de fortes analogies avec l'immunité innée des mammifères et la compréhension de ses mécanismes de régulation peut donc apporter un éclairage nouveau sur la régulation de l'inflammation chez l'homme.

Drosophila represents an ideal model System in which to study host-pathogen interactions since insects have a particularly effective immune System that appears to be evolutionarily conserved. It relies solely on an innate immune response. NF-KappaB is a family of structurally related and evolutionarily conserved transcription factors. In response to microbial challenge, these factors are responsible for the antimicrobial response in drosophila. Indeed two NF-KappaB signalling pathways regulate the expression of antimicrobial peptides in response to bacterial infection. The Toll pathway is activated by gram-positive bacteria, while the IMD pathway responds to gram-negative bacteria. Activation of either Toll or IMD signalling results in the activation of distinct NF-KappaB-like transcription factors. Similarly in mammals, members of the NF-KappaB protein family play a central role in the regulation of inflammatory and innate immune responses. The IMD pathway of drosophila is highly similar to the mammalian TNF-R1 pathway. The conservation of the NF-KappaB regulatory mechanisms between organisms as diverse as insects and mammals indicate that the regulation of the innate immune response is evolutionarily conserved. The aim of my thesis was to study the regulation of the IMD pathway activation. Preliminary data in cultured cells suggested that DIAP2 protein may be involved in the IMD pathway activation. An in vivo genetic approach revealed that a loss of function of this gene is responsible for a higher susceptibility to infection and a decrease in antimicrobiel peptide production. Epistatic studies showed DIAP2 is a positive regulator of the IMD signalling that acts upstream or in parallel of TAK1. Therefore DIAP2 is a new component of this pathway. Secondly, Pascal Meier's team identified a new protein called PIMS (PGRP-LC-interacting Inhibitor of IMD Signalling) that interacts in cultured cells with the PGRP-LC receptor. Its inactivation induces the constitutive activation of the IMD signalling in vivo in the gut without an overt infection. After an oral infection it leads to the overactivation of the IMD signalling. This work shows that PIMS negatively régulates the IMD signalling. PIMS interacts with the peptidoglycane récognition protein (PGRP-LC), causing its depletion from the plasma membrane and shutdown of IMD signalling. Moreover, it also prevents the activation of this pathway by the commensal flora. Thus PIMS is required to establish immune tolerance to commensal bacteria and to maintain a balanced IMD response following exposure to bacterial infections.