Shigella pathogenicity beyond cell invasion : the new kiss-and-run paradigm

par Laurie Pinaud

Thèse de doctorat en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie. Microbiologie procaryote et eucaryote

Sous la direction de Armelle Phalipon.

Soutenue le 26-09-2016

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris) , en partenariat avec Institut Pasteur (Paris). Unité de Pathogénie Microbienne Moléculaire (équipe de recherche) et de Université Paris Diderot - Paris 7 (établissement de préparation) .

Le président du jury était Olivier Dussurget.

Le jury était composé de Cécile Arrieumerlou, Keira Melican.

Les rapporteurs étaient ʼyln Rwznşyyn, Gad Frankel.

  • Titre traduit

    Au-delà de l’invasion cellulaire, la stratégie du touché-coulé : un nouveau paradigme pour la pathogénicité de Shigella


  • Résumé

    L’invasion de la muqueuse du côlon humain par les entérobactéries à Gram négatif du genre Shigella aboutit à une rectocolite aigue appelée dysenterie bacillaire qui reste un problème de santé publique majeur. Shigella possède un Système de Sécrétion de Type Trois (SST3) codé par un plasmide de virulence qui permet la translocation d’effecteurs bactériens dans le cytoplasme des cellules eucaryotes pour manipuler leurs fonctions. Ces effecteurs détournent les cellules épithéliales pour constituer une niche de réplication intracellulaire et interagissent avec les cellules immunes pour affecter l’initiation de la réponse immune adaptative. En conséquence, plusieurs épisodes infectieux sont nécessaires afin d’établir une protection immunitaire humorale qui est toutefois de courte durée. Ces travaux de thèse avaient pour but (i) d’approfondir les connaissances sur l’interaction de Shigella avec l’hôte en se concentrant sur les mécanismes dépendant du SST3 interférant avec les lymphocytes et (ii) de déterminer si des effecteurs du SST3 non encore identifiés sont codés par le plasmide de virulence. Nos résultats démontrent que la translocation d’effecteur du SST3 peut être découplée de l’invasion cellulaire, conduisant à des cellules « injectées-seulement ». Nous rapportons que Shigella induit l’apoptose des lymphocytes B par un mécanisme dépendant de la protéine située à l’extrémité du SST3 mais indépendant de la translocation d’effecteurs. Ces résultats établissent un nouveau paradigme concernant la pathogénicité de Shigella au-delà de l’invasion cellulaire, basé sur des mécanismes de type « touché-coulé » qui sont au cœur des interactions entre ce pathogène et les cellules immunes. Par ailleurs, nous décrivons la capacité de Shigella jusque-là inconnue d’interférer avec la sécrétion d’anticorps par les lymphocytes B, ce qui pourrait contribuer à moduler la réponse spécifique humorale de l’hôte. Enfin, nous avons identifié cinq nouveaux effecteurs potentiels de Shigella codés par le plasmide de virulence et injectés par le SST3 dans les cellules eucaryotes. Ces travaux de thèse apportent donc de nouveaux éléments concernant la pathogénicité de Shigella par la découverte de nouveaux mécanismes ciblant les cellules immunes et l’identification de nouvelles protéines bactériennes injectées dans le cytoplasme des cellules de l’hôte.


  • Résumé

    Invasion of the human colonic mucosa by the Gram-negative enterobacteria Shigella spp. results in an acute recto-colitis named bacillary dysentery that still remains a major public health concern. Shigella expresses a Type Three Secretion System (T3SS) encoded on a virulence plasmid and mediating translocation of bacterial effectors into eukaryotic cell cytoplasm to manipulate their functions. These effectors hijack epithelial cells to create a bacterial intracellular replicative niche and also interact with immune cells to affect the priming of the adaptive immune response. As a result, several episodes of infection are required to mount a protective humoral immunity that is nevertheless of short-duration. This thesis work aimed at (i) further documenting Shigella cross-talks with its host, with a particular focus on T3SS-mediated mechanisms towards lymphocytes and (ii) investigating if the Shigella virulence plasmid encodes for yet unidentified T3SS-effectors. We report that translocation of Shigella T3SS-effectors into lymphocytes can be uncoupled from cellular invasion, resulting in “injected-only” cells. We demonstrate that Shigella mediates B lymphocyte apoptosis through a mechanism depending on the secretion apparatus needle tip protein but independent from effectors translocation. These findings set up a new paradigm for Shigella pathogenicity beyond cellular invasion, with “kiss-and-run” mechanisms proposed to be at the core of the interactions between this pathogen and immune cells. In addition, we describe a so far not known capacity of Shigella to interfere with B lymphocyte antibody secretion that could contribute to divert Shigella- specific humoral immunity. We also identify five new putative Shigella effectors encoded by the virulence plasmid and translocated by the T3SS into eukaryotic cells. Thus, this thesis work brings new insights into Shigella pathogenicity by unraveling novel mechanisms towards host immune cells and identifying new bacterial proteins that might constitute additional molecular weapons for this pathogen.

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