Manipulation de la réponse immune adaptative par Shigella : étude de l'altération de la formation de la synapse immunologique

New insights into the manipulation of the host adaptive immune response by Shigella : the immunological synapse as a target

• Auteur / Autrice : Fatoumata Samassa
• Direction : Armelle Phalipon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé. Immunologie B3MI
• Date : Soutenance le 07/09/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale BioScience Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pasteur (Paris). Unité de Pathogénie Microbienne Moléculaire
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Dussurget
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Armelle Phalipon, Olivier Dussurget, Cosima Tatiana Baldari, Andrés Alcover, Claire Hivroz, Michael Dustin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cosima Tatiana Baldari, Andrés Alcover

Mots clés

Mots clés contrôlés

Immunité acquise

Interactions hôte-pathogène

Systèmes de sécrétion de type III

pathogénicité

immunologie

Shigella

Mots clés libres

Activation des cellules T

Synapse immunologique

Trafic vésiculaire

T cell activation

Immunological synapse

Vesicular trafficking

Résumé

La manipulation de la réponse immunitaire innée au cours des infections bactériennes a été largement documentée contrairement à celle de la réponse adaptative. C’est le cas de l’entérobactérie à Gram-négatif Shigella qui est l’agent causal de la dysenterie bacillaire, une rectocolite aiguë. L’inflammation due à l’invasion de la muqueuse colique et la destruction qui en résulte reposent sur l’expression d’un Système de Sécrétion de Type Trois (SST3) par Shigella. Ce système assure l’injection d’effecteurs de virulence bactériens dans le cytoplasme de la cellule hôte afin de détourner les fonctions cellulaires et d’assurer la survie bactérienne. Au cours de l’infection, l’immunité humorale protectrice induite est peu efficace et de courte durée. Des études récentes ont montré que Shigella, par l’intermédiaire d’effecteurs du SST3, induit l’apoptose de sous-populations lymphocytaires B et inhibe la migration des lymphocytes T. Cette migration est essentielle à la recherche d’une cellule présentatrice de l’antigène (CPA) présentant un peptide spécifique. La rencontre entre lymphocyte T et APC résulte en la formation de la synapse immunologique (SI), une plateforme de signalisation dynamique à l’interface entre ces deux cellules qui est à l’origine de l’induction de la réponse T spécifique d’un pathogène donné. La formation de la SI est dépendante du cytosquelette d’actine et du trafic vésiculaire qui permettent la relocalisation spatio-temporelle des molécules nécessaires à cette interaction cellulaire. Sachant que ces voies cellulaires sont les cibles d’effecteurs de Shigella dans les cellules épithéliales, nous avons fait l’hypothèse qu’un tel ciblage dans les lymphocytes T conduirait à l’altération de la formation de la SI et par voie de conséquence à l’activation de lymphocytes T spécifiques de Shigella. Le but de ce travail de thèse consistait donc à (1) caractériser qualitativement et quantitativement les SI formées par des cellules T préalablement infectées par Shigella et (2) en cas de différence avec les cellules non infectées, d’identifier les mécanismes moléculaires et cellulaires ainsi que les effecteurs bactériens impliqués, et d’analyser l’impact sur l’activation des cellules T. Nos résultats démontrent que le défaut de migration des cellules T infectées lié à l’action de l’effecteur SST3 IpgD réduit le nombre de conjugués formés avec les CPA. De plus, lorsque les conjugués se forment, la SI qui en résulte n’a pas les caractéristiques d’une SI mature. Nos résultats montrent que les effecteurs VirA et IpaJ induisent la fragmentation de l’appareil de Golgi et du compartiment Rab11 ce qui induit une localisation incorrecte de Lck, une protéine clé de la signalisation en aval du récepteur T (TCR). Par ailleurs, ces effecteurs participent également à l’inhibition du recyclage et de l’endocytose du TCR. Ces résultats mettent en lumière l’action coordonnée de plusieurs effecteurs du SST3 ciblant différentes voies cellulaires pour inhiber une étape-clé dans l’induction de la réponse immunitaire adaptative. En parallèle de cette étude, j’ai contribué à démontrer que les lymphocytes B et T peuvent être ciblés par Shigella via la translocation d’effecteurs du SST3 ne résultant pas en l’invasion cellulaire, définissant ainsi un nouveau paradigme pour la pathogénicité de cette bactérie. L’ensemble de ces travaux permet une meilleure compréhension des stratégies utilisées par les pathogènes pour contrecarrer la réponse immune adaptative.

Modulation of the host innate response during bacterial infections has been vastly documented in contrast to that of the adaptive immunity. This is the case for Shigella, the Gram negative entero-invasive bacterium responsible for bacillary dysentery, an acute rectocolitis. Shigella infection results in the invasion and inflammatory destruction of the human colonic mucosa, relying on the expression of a type three-secretion system (T3SS). Delivery of T3SS virulence effectors directly into the host cell cytoplasm results in hijacking of cellular functions that promotes bacterial survival. The humoral protective immunity elicited upon natural Shigella infection is poorly efficient and short-lasting. Recent studies have shown that Shigella promotes apoptosis of some B cell subsets and impairs T cell migration through the action of identified virulence effectors. Migratory capacities are essential for T lymphocytes to search for antigen presenting cells (APC) displaying cognate antigens. T cell-APC encountering results in the formation of a very dynamic signaling platform at the interface between the two cells, named the immunological synapse (IS), eventually leading to pathogen-specific T cell activation. IS formation is dependent on actin cytoskeleton and vesicular trafficking for spatiotemporal relocalization at the cell-cell interface of all the required molecules. Knowing that these cellular pathways are targets of Shigella T3SS effectors in intestinal epithelial cells, we hypothesized that such a targeting occurring into T lymphocytes would impact IS formation, thus preventing specific T cell activation. The aim of my thesis work was thus to quantitatively and qualitatively characterize the IS formed with Shigella-infected T lymphocytes. If impairment occurred as compared to non-infected T cells, the objectives were to decipher the underlying molecular and cellular mechanisms along with the T3SS effectors involved, as well as the impact on T cell activation. We report that Shigella, by limiting T cell migration, reduces the number of conjugates formed between T cells and APCs. When conjugates are formed, the building-up of a canonical IS is prevented by T3SS effectors-mediated targeting of actin cytoskeleton and vesicular trafficking, eventually leading to inhibition of T cell activation. In particular, besides IpgD impairing T cell scanning of APCs, two other T3SS effectors, VirA and IpaJ, are shown to induce Golgi fragmentation and disruption of Rab11 vesicular compartments, leading to mislocalization of Lck, a key protein downstream TCR signaling, and decrease of TCR recycling rate, while also participating to the down-regulation of TCR endocytosis. This study highlights the coordinated action of multiple T3SS effectors targeting diverse cellular pathways to dampen the priming of adaptive immunity. In parallel to this main study, I also contributed to demonstrate the occurrence of the translocation of Shigella effectors into B and T lymphocytes not resulting into subsequent invasion, thus leading to the establishment of a new paradigm for the pathogenicity of Shigella. Overall, this work gives rise to a more comprehensive understanding of the strategies evolved by pathogens to counteract host adaptive defenses.