Régulation de l'adaptation de la bactérie Pseudomonas aeruginosa à son hôte : implication des métabolites du tryptophane

par Hichem Chaker

Thèse de doctorat en Médecine

Sous la direction de Bertrand Toussaint.

Soutenue le 07-03-2012

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale ingénierie pour la santé, la cognition, l'environnement (Grenoble) , en partenariat avec Techniques de l'Ingénieurie Médicale et de la Compléxité (laboratoire) et de TheREx (équipe de recherche) .

Le président du jury était Benoît Polack.

Le jury était composé de Bertrand Toussaint, Anne Doleans-Jordheim, Max Maurin.

Les rapporteurs étaient Sylvie Chevalier-Laurency, Karine Vallee-Rehel.


  • Résumé

    P. aeruginosa est un pathogène opportuniste capable d'infecter un large spectre d'hôtes. Elle possède un vaste arsenal de facteurs de virulence. Le système de sécrétion de type III (SSTT) est un facteur de virulence majeur dont la régulation est complexe pour permettre une adaptation la plus précise possible de la bactérie au cours de l'infection. Nous nous sommes intéressés à déterminer le rôle potentiel de nouveaux acteurs de l'adaptation de P.aeruginosa au cours de l'infection. La porine OprF qui représente la protéine la plus abondante de la membrane externe de P. aeruginosa lui permettrait d'évaluer l'état d'activation du système immunitaire de son hôte afin d'adapter sa virulence. Chez P. aeruginosa, le tryptophane est le précurseur des kynurenines qui sont également produites par l'hôte à partir du tryptophane et qui, dans ce dernier contexte, sont des immunomodulateurs. Peu ou pas d'études ont été réalisées pour mettre en œuvre un éventuel rôle d'immunomodulation ou dans la virulence des kynurénines bactériennes. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à un signal anciennement découvert au laboratoire et qui réprime l'expression du SSTT à haute densité bactérienne. Nous avons montré que ce signal exerce une régulation post-transcriptionnelle en plus d'une inhibition de la transcription des gènes du SSTT. Le métabolisme du tryptophane et de l'anthranilate semble être au cœur de ce processus de régulation. En inactivant des voies du catabolisme du tryptophane, nous avons montré que la production de ce signal dépend partiellement de la voie des kynurénines mais ne dépend pas ni des voies classiques du quorum sensing ni de l'opéron phnAB, impliqué dans la synthèse de l'anthranilate. Cependant, la voie des phénazines pourrait être impliquée dans la production de ce signal. Par CLHP couplée à la spectrométrie de masse, nous avons pu séparer des espèces moléculaires réprimant le SSTT et qui sont contenues dans ce signal, mais l'identification précise nécessite plus d'investigations. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés aux kynurénines produites par la bactérie. Nous avons confirmé que P. aeruginosa produit des kynurénines et le gène kynA est le gène clé de la voie de synthèse de ces métabolites. En utilisant des fusions transcriptionnnelles, nous avons montré que le tryptophane et la kynurénine régulent positivement la production des kynurénines en agissant sur l'expression des gènes clés. D'autres parts, nous avons remarqué que la bactérie module l'activité de la voie métabolique des kynurénines issue du tryptophane en fonction de son état de croissance. Nous avons montré qu'au cours du dialogue interrègne bactérie/hôte, la voie des kynurénines de P. aeruginosa est stimulée par certains composants du système immunitaire. Grâce à un modèle d'infection pulmonaire aiguë, nous avons prouvé que les kynurénines produites par la bactérie sont importantes pour sa virulence. Selon notre hypothèse les kynurénines pourraient avoir une action sur la réponse immune, mais cela reste à déterminer. Dans un troisième temps, nous nous somme focalisés sur la porine OprF. Nous avons montré que la mutation ∆oprF est à l'origine d'une altération de la production mais vraisemblablement pas de la sécrétion des exotoxines du SSTT. Un ligand connu d'OprF, l'interféron gamma, module la voie des kynurénines. OprF pourrait donc avoir un rôle central dans les différents aspects de la régulation de la virulence. Nous avons donc produit des anticorps monoclonaux anti-OprF. Ces derniers se sont révélés capables de reconnaître spécifiquement la protéine OprF. Afin de vérifier l'efficacité de ces anticorps, des expériences de neutralisation de la bactérie in vitro puis in vivo seront réalisées. Mots clés : Pseudomonas aeruginosa, Système de Sécrétion de Type III, régulation, catabolisme du tryptophane, kynurénines, OprF.

  • Titre traduit

    Regulation of the adaptation of Pseudomonas aeruginosa to his host : involvement of tryptophan metabolites.


  • Résumé

    P. aeruginosa is an opportunistic pathogen capable of infecting a wide host range. It possesses a large arsenal of virulence factors. The type III secretion system (TTSS) is a major virulence factor whose regulation is complex to allow the most accurate adaptation of the bacteria during infection. We were interested to determine the potential role of new actors in the adaptation of P. aeruginosa during infection. OprF represents the most abundant protein of the outer membrane of P. aeruginosa. This protein allows bacteria to assess the activation status of the host's immune system to adapt its virulence. In P. aeruginosa, tryptophan is the precursor of kynurenines that are also produced by the host from tryptophan and in the latter context, are immunomodulators. Little or no studies have been done to determine a possible role of bacterial kynurenines in immune modulation or virulence. Initially, we were interested in a signal previously discovered in the laboratory and which suppresses the expression of TTSS at high bacterial density. We have shown that this signal exerts a post-transcriptional regulation in addition to inhibition of TTSS genes transcription. The metabolism of tryptophan and anthranilate appears to be at the heart of this regulatory process. By inactivating pathways of tryptophan catabolism, we showed that production of this signal depends partly on the kynurenines pathway but does not depend neither classical ways of quorum sensing or phnAB operon involved in the synthesis of anthranilate. However, the phenazines pathway could be involved in the production of this signal. By HPLC coupled with mass spectrometry, we were able to separate molecular species suppressing the TTSS and which are contained in this signal, but accurate identification requires further investigation. In a second time, we were interested to kynurenines produced by the bacterium. We confirmed that P. aeruginosa produces kynurenines and KynA is the key gene in the synthesis of these metabolites. We showed that tryptophan and kynurenine upregulate the production of kynurenines by acting on the expression of key genes. Other shares, we found that the bacterium modulates the activity of the kynurenines pathway depending on its state of growth. We showed that during the dialogue bacteria / host, the pathway of kynurenines in P. aeruginosa is stimulated by certain immune system components. With an acute lung infection model, we proved that kynurenines produced by the bacterium are important to its virulence. We hypothesized that the kynurenines could have an effect on the immune response, but this remains to be determined. In a third time, we focused on the protein OprF. We showed that mutation ΔoprF is causing an alteration in production but probably not the secretion of TTSS exotoxins. One known ligand of OprF is the gamma interferon. It modulates the pathway of kynurenines. OprF could therefore have a central role in various aspects of the regulation of virulence. So, we produced monoclonal anti-OprF which recognizes specifically the protein OprF. To verify the effectiveness of these antibodies, neutralization experiments of the bacteria in vitro and in vivo will be realized.


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