Contribution d'une culture axenique de spongiaire à l'étude du dialogue moléculaire entre procaryotes et eucaryotes

par Johan Garderes

Thèse de doctorat en Biologie. Santé

Sous la direction de Gaël Le Pennec.

Soutenue en 2012

à l'Université européenne de Bretagne .


  • Résumé

    Les spongiaires vivent en symbiose avec une grande communauté de bactéries. Ces animaux filtreurs se nourrissent de bactéries. Cependant, une partie de cette population bactérienne vit en association étroite avec les cellules d’éponges. Malgré la présence d’un système immunitaire innée chez les spongiaires, ces individus semblent tolérer certaines bactéries. A travers cette association, ces deux organismes ont dû développer des mécanismes afin de communiquer au sein de cette association étroite. Nous avons émis l’hypothèse que cette communication pouvait s’effectuer, entre autre, par l’émission de molécules de communication inter-règne. Les éponges et les bactéries sont des organismes qui sont naturellement capables d’excréter des molécules de communication pour réguler des phénomènes physiologiques. Nous avons suspecté leur intervention au sein du modèle bactéries/éponge Suberites domuncula. La présence in vivo de molécules de communication inter-règne au sein de l’éponge a été recherchée par LC-ESI-MS/MS, produites potentiellement par les cellules d’éponges (bioamines dérivées de la tyrosine) et par les bactéries résidentes (homosérine lactone (HSL), quinolones, rhamnolipides). Nous avons identifié plusieurs HSL au sein d’extraits bruts d’éponge S. Domuncula ainsi qu’au sein de surnageants de culture de bactéries isolées préalablement de l’éponge, suggérant l’origine bactérienne de ces molécules. Nous avons ensuite étudié le rôle d’une de ces HSL, la 3-oxo-C12-HSL, dans le dialogue potentiel avec l’hôte. Dans un premier temps, nous avons analysé l’effet de cette molécule sur l’expression de gènes des systèmes immunitaires et apoptotiques de l’éponge S. Domuncula. Les résultats démontrent que la 3-oxo-C12-HSL semble inhiber la réponse immunitaire et apoptotique de l’éponge. Afin de déterminer la capacité d’une bactérie isolée de l’éponge Hex 311, productrice de 3-oxo-C12-HSL, l’effet des LPS de cette bactérie a été comparé à celui des LPS d’E. Coli sur l’expression de certains gènes du système immunitaire et apoptotique de l’éponge. L’expression de Traf 6-like est stimulée en présence des LPS de E. Coli mais pas en présence de LPS de Hex 311, suggérant la nature symbiotique de cette bactérie. Dans un second temps, nous avons évalué les profils électrophorétiques de primmorphs axéniques d’éponge (culture cellulaire 3D) en présence vs en absence de 3-oxo-C12-HSL. Plusieurs protéines sont surexprimées ou bien recrutées aux membranes cellulaires en présence de cette molécule, suggérant une réponse spécifique. La caractérisation de ces protéines nous a fourni des informations sur l’implication potentielle de la 3-oxo-C12-HSL dans les premières étapes de l’endocytose. Des expériences complémentaires nous permettrons de confirmer l’implication de la 3-oxo-C12-HSL dans ce processus. La 3-oxo-C12-HSL semblerait masquer la présence physique des bactéries aux systèmes immunitaires et apoptotiques de l’éponge. En contrepartie, l’éponge pourrait se servir de ce signal comme témoin moléculaire de la présence/densité bactérienne dans le but de réguler la population symbiotique dans l’éponge.

  • Titre traduit

    Contribution of a poriferan axenic cell culture to the study of the molecular dialog between prokarotes and eucaryotes


  • Résumé

    Porifera live in close association with numerous bacterial partners. Indeed, as filter feeders, sponges prey on bacteria. Nevertheless, a part of these bacteria lives a peculiar relationship with sponge cells. The sponge tolerates their presence, despite it possesses an innate immune system fighting against microbial pathogens. Through this association, sponges and bacteria must have developed molecular means tightly interacting with their respective physiologic states. We hypothesized that both partners may interact through inter-kingdom communication molecules. Bacteria and sponge cells are naturally able to produce molecules to communicate and regulate physiological events. We suspect their involvement within the sponge/bacteria model: Suberites domuncula. We searched the in vivo presence within the sponge of inter-kingdom communication molecules, potentially produced by the sponge (tyrosine-derivate bioamines) and by inhabiting bacteria (homoserine lactones (HSL), quinolones, rhamnolipids). Using LC-ESI-MS/MS, we identified several HSL in sponge crude extracts and furthermore in the supernatant of cultured bacteria initially isolated from sponge, suggesting the bacterial origin of the molecules. We then investigated the role of these molecules in a potential dialogue with the host. We studied the expression of specific immune and apoptotic genes in presence of 3-oxo-C12-HSL. This molecule seems to inhibit the immune and apoptotic response of the sponge. In order to check the ability of a sponge-isolated bacterium Hex 311 to elude the sponge immune system, the effect of membrane lipopolysaccharides (LPS) was compared in parallele to this of LPS from E. Coli on sponge immune and apoptotic genes. The expression of TRAF 6-like was stimulated in presence of LSP from E. Coli but not in presence of LPS from Hex 311, suggesting that this bacterium may be symbiotic. Moreover, we analyzed differential 2D-electophoretic patterns of axenic sponge primmorphs (3D cell culture) in presence vs absence of the 3-oxo-C12-HSL. Several proteins were overexpressed in presence of this molecule or were recruited to the cell membranes, suggested a specific dedicated response. Characterization of these proteins led us to suspect an implication of the 3-oxo-C12-HSL in the early phagocytosis process. Complementary experiments may confirm the involvement of the phagocytosis pathway in response to this quorum - sensing molecule. 3-oxo-C12-HSL may hide the presence of bacteria to the sponge apoptotic and immune systems. Nethertheless, sponge may sense the 3-oxo-C12-HSL as a molecular witness of the bacterial presence and density in order to regulate the population of symbiotic bacteria in the sponge.

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  • Détails : 1 vol. (170 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.143-158

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