Structure-fonction des lipoglycanes et remodelage de l'enveloppe de mycobacterium tuberculosis dans les macrophages

par Romain Castanier

Thèse de doctorat en Biologie

Sous la direction de Jérôme Nigou et de Alain Vercellone.

Soutenue en 2013

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    La tuberculose est, encore aujourd'hui, responsable de 2 millions de morts et 9 millions de nouveaux cas chaque année et reste un problème sanitaire majeur notamment à cause de la recrudescence des cas de tuberculoses multi-résistantes aux antibiotiques. Il est donc nécessaire de développer de nouveaux antibiotiques ciblant les voies métaboliques de M. Tuberculosis actives chez l'hôte infecté. Les données de la littérature montrent que dans le contexte intracellulaire, M. Tuberculosis s'adapte à l'environnement phagosomal acide et hypoxique. Cette adaptation conduit, notamment, à des modifications de l'ultrastructure de l'enveloppe et de la structure de certains glycolipides. Dans ce contexte, nous avons cherché à déterminer quel impact pouvait avoir l'environnement intracellulaire sur la structure des lipoglycanes (LM, LAM), impliqués dans les interactions avec le système immunitaire inné, et de l'arabinogalactane (AG), jouant un rôle majeur dans la structure de l'enveloppe de l'enveloppe de M. Tuberculosis (Chapitre IV). Pour cela, nous avons développé un protocole permettant de récupérer les mycobactéries intra-macrophagiques et d'éliminer un maximum de débris de macrophages. La mise au point du marquage 13C de M. Tuberculosis intracellulaire et l'analyse de bactéries entières par RMN HR-MAS a permis d'étudier les structures du LAM et de l'AG et de caractériser une altération des signaux de résidus constitutifs des motifs Ara4 et Ara6 dans le contexte intramacrophagique. L'altération peut être due à des modifications de la structure et/ou de la dynamique des molécules au sein de l'enveloppe. Les analyses structurales des lipoglycanes purifiés indiquent une altération de leur structure. Ces modifications structurales pourraient avoir un impact sur l'organisation de l'enveloppe de M. Tuberculosis et son interaction avec le système immunitaire inné. En parallèle de ces travaux, nous nous sommes intéressés à la contribution des lipoglycanes, dans le contexte physiologique d'une infection, à la détection des mycobactéries par le système immunitaire inné (Chapitre II). Jusqu'à présent, les études d'interaction lipoglycanes/TLR2 avaient été réalisées avec des composés purifiés. La construction et l'utilisation de mutants de l'organisme modèle Mycobacterium smegmatis présentant une altération de la production de lipoglycanes nous a permis de montrer que, comme les lipoprotéines, les lipoglycanes de l'enveloppe sont de véritables ligands physiologiques de TLR2 et participent à la détection des mycobactéries par le système immunitaire inné. Nous avons également étudié la relation structure/fonction de lipoglycanes dans leur détection par TLR2 et le rôle de l'ancre lipidique dans cette interaction (Chapitre III). Nous avons analysé la capacité de lipoglycanes produits par les Actinobactéries Micrococcus luteus Stomatococcus mucilaginosus et Corynebacterium glutamicum, dont l'ancre lipidique est basée sur un diacylglycérol glycocylé plutôt que sur un mannosyl-phosphatidyl-inositol comme chez les lipoglycanes mycobactériens, à être reconnus par TLR2. Nous avons montré que ces lipoglycanes activent TLR2 et induisent la production de cytokines et l'expression de marqueurs de surface par les macrophages. Ces travaux étendent le répertoire des ligands de TLR2 aux lipoglycanes à ancre lipidique à diacylglycérol glycosylé et confirment que les composés bactériens à ancre lipidique peuvent induire une réponse immunitaire dépendante de TLR2.

  • Titre traduit

    Structure-function of lipoglycans and remodeling of mycobacterium cell envelope in macrophages


  • Résumé

    Structure/function relationship of lipoglycans and remodeling of M. Tuberculosis cell envelope in macrophages Abstract: Tuberculosis is still responsible for 2 million deaths and 9 million new cases each year and remains a major health problem, particularly due to the increase in multi-drug resistant TB cases. It is therefore necessary to develop new antibiotics targeting M. Tuberculosis metabolic pathways active in the infected host. The literature data show that in the intracellular context, M. Tuberculosis adapts to the acid and hypoxic phagosomal environment. This adaptation leads, particularly, to changes in the ultrastructure of the envelope and in the structure of some glycolipids. In this context, we sought to determine what could be the impact of the intracellular environment on the structure of lipoglycans (LM, LAM), involved in the interaction of with the innate immune system, and arabinogalactan (AG), playing a major in the M. Tuberculosis envelope structure (Chapter IV). In this way, we developed a protocol to recover intramacrophage mycobacteria and remove the maximum of macrophages debris. The development of the 13C labeling of intracellular M. Tuberculosis and whole bacteria analysis by HR-MAS NMR allowed us to study the LAM and AG structures and to characterize altered signals constitutive of Ara4 and Ara6 patterns in mycobacteria in cellulo. This alteration may be due to changes in the structure or different dynamics of the molecules in the envelope. Structural analyzes of purified lipoglycans show an alteration of their structure. These structural changes could have an impact on the organization of the envelope of M. Tuberculosis and on its interaction with the innate immune system. Concurrently to this work, we were interested in the contribution of lipoglycans, in the physiological context of the infection, to the detection of mycobacteria by the innate immune system (Chapter II). Until now, lipoglycans/TLR2 studies were performed with purified compounds. The construction and use of mutants of the model organism Mycobacterium smegmatis with an altered lipoglycans production allowed us to show that, as lipoproteins, lipoglycans from the envelope are bona fide TLR2 ligands and participate in the detection of mycobacteria by the innate immune system. We also studied the structure/function relationship of lipoglycans in the detection by TLR2 and the lipid anchor role in this interaction. We analyzed the ability of Actinobacteria lipoglycans produced by Micrococcus luteus, Stomatococcus mucilaginosus and Corynbacterium glutamicum, whose lipid anchor is based on a glycosylated diacylglycerol rather than a mannosyl-phosphatidylinositol as in mycobacterial lipoglycans, to be recognized by TLR2 and to induce an immune response. We showed that these lipoglycans activate TLR2 and induce the production of cytokines and expression of surface markers by macrophages. This work extends the repertoire of TLR2 ligands to lipoglycans based on glycosylated diacylglycerol lipid anchor and confirm that bacterial compounds with a lipid anchor can induce TLR2-dependent immune response.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (170 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 161-170

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2013 TOU3 0258
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.