Manipulation des mécanismes cellulaires de la cellule hôte par deux effecteurs de Coxiella burnetii

par Fernande Ayenoue siadous

Thèse de doctorat en Biologie Santé

Sous la direction de Matteo Bonazzi.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé , en partenariat avec IRIM - Institut de Recherche en Infectiologie de Montpellier (laboratoire) .


  • Résumé

    Les bactéries pathogènes intracellulaires manipulent les fonctions de la cellule hôte en sécrétant des facteurs de virulence (qu'on appelle effecteurs) dans le cytoplasme de la cellule infectée. Ce processus permet au pathogène de proliférer dans un environnement autrement hostile. L'identification et la caractérisation des effecteurs spécifiques des divers agents pathogènes est donc d'une importance cruciale pour contrer les infections bactériennes. Coxiella burnetii est un agent pathogène à Gram négatif de classe 3, responsable de la Fièvre Q, une zoonose qui entraîne des épidémies majeures, avec un fort impact sur l'économie et la santé. Les réservoirs naturels de Coxiella sont principalement les animaux d'élevage qui peuvent contaminer l'environnement en excrétant la bactérie principalement dans les produits de parturition, le mucus vaginal et les fèces. L'Homme s'infecte ensuite par inhalation de pseudo-spores disséminées dans l'environnement. La nature intracellulaire obligatoire de Coxiella a jusqu'ici sévèrement limité son étude et par conséquent, les facteurs de virulence bactériens impliqués dans le développement et la progression de l'infection restent encore largement inconnus. Coxiella se réplique à l'intérieur des cellules hôtes dans une grande vacuole présentant des caractéristiques autolysosomales. Le développement de la vacuole et la survie de Coxiella dans la cellule hôte sont dépendants de la translocation des effecteurs bactériens par un système de sécrétion de type 4 (SST4) Dot/Icm et de la manipulation de nombreuses voies de trafic et de signalisation de la cellule hôte par ces derniers. Notre équipe a généré et criblé la première banque de mutants par transposition de Coxiella, menant ainsi à l'identification d'un nombre important de potentiels déterminants de virulence et de protéines effectrices. Mon projet de thèse est basé sur la caractérisation de deux effecteurs de Coxiella, CvpF et AnkA, provenant de la banque de mutants générée par l'équipe. Les mutants de ces effecteurs présentent des phénotypes de défaut de réplication intracellulaire et de développement de vacuole. Ici, nous démontrons que l'effecteur CvpF est un substrat du système de sécrétion de type 4 Dot/Icm qui localise aux vacuoles contenant Coxiella (CCV). CvpF est également capable d'interagir avec Rab26, conduisant au recrutement du marqueur autophagosomal LC3B aux CCV. Les mutants de cvpF présentent un défaut de réplication in vitro et in vivo, suggérant que le détournement de l'autophagie par cet effecteur est crucial pour la virulence de Coxiella. Comme pour les mutants de cvpF, les mutants ankA présentent le même défaut de réplication in vitro et la protéine AnkA est un substrat du SST4. L'effecteur AnkA contient des motifs de répétition Ankyrin localisés sur son domaine N-terminal. La bactérie induit une hyperfusion des mitochondries de manière dépendante du SST4 et spécifique de l'effecteur AnkA. Nos résultats montrent que AnkA interagit avec Drp1, une protéine motrice impliquée dans la fission mitochondriale et que cette interaction ainsi que l'hyperfusion des mitochondries seraient dépendant du domaine contenant les répétitions Ankyrine. Le mécanisme par lequel AnkA agit sur Drp1 reste à déterminer. Cependant, les effets observés sur la mitochondrie suggèrent que la manipulation de l'organelle par la bactérie promeut le développement de la vacuole et la réplication intracellulaire du pathogène. En conclusion, notre recherche suggère fortement que de nombreux effecteurs de Coxiella manipulent les voies des cellules hôtes pour assurer le développement intracellulaire efficace de ce pathogène.

  • Titre traduit

    Manipulation des mécanismes cellulaires de la cellule hôte par deux effecteurs de Coxiella burnetii


  • Résumé

    Intracellular pathogenic bacteria manipulate host cell functions by secreting virulence factors (known as effectors) into the cytoplasm of the infected cell. This process allows the pathogen to proliferate in an otherwise hostile environment. The identification and characterization of the specific effectors of the various pathogens is therefore of crucial importance to counteract bacterial infections. Coxiella burnetii is a Class 3 gram-negative pathogen that causes Q fever, a zoonosis that causes major epidemics with a high impact on the economy and health. The natural reservoirs of Coxiella are mainly farm animals that can contaminate the environment by excreting the bacteria mainly in parturition products, vaginal mucus and feces. Human is then infected by inhalation of pseudo-spores disseminated in the environment. The obligate intracellular nature of Coxiella has so far severely limited its study, and as result, bacterial virulence factors involved in the development and progression of infection remain largely unknown. Coxiella replicates within host cells in a large vacuole with autolysosomal characteristics. The development of vacuole and survival of Coxiella in the host cell depend on the translocation of bacterial effectors by the type 4 Dot / Icm secretion system (SST4B) and the manipulation of many trafficking and signaling pathways of the host cell. Our team has generated and screened the first library of Coxiella transposon mutants, leading to the identification of a significant number of candidate virulence determinants and effector proteins. My thesis project is based on the characterization of two effectors of Coxiella, CvpF and AnkA, from the mutant library generated by the team. Mutants of these effectors exhibit defect in intracellular replication and vacuole development phenotypes. Here, we demonstrate that the effector CvpF is a substrate of the SST4B that localizes to vacuoles containing Coxiella (CCV). CvpF is also able to interact with Rab26, leading to the recruitment of the LC3B autophagosomal marker to CCV. cvpF mutants exhibit in vitro and in vivo replication deficiencies, suggesting that diversion of autophagy by this effector is crucial for Coxiella virulence. As for cvpF mutants, ankA mutants show the same in vitro defect of replication and the protein AnkA is a substrate of the SST4. AnkA contains Ankyrin repetition patterns located on its N-terminal domain. The bacterium induces an AnkA-dependent hyperfusion of mitochondria. Our results show that AnkA interacts with Drp1, a motor protein involved in mitochondrial fission, and that this interaction as well as mitochondrial hyperfusion is dependent on the domain containing Ankyrin-repeat motifs. The mechanism by which AnkA acts on Drp1 remains to be determined. However, the observed effects on mitochondria suggest that the organelle's manipulation by the bacterium promotes the development of the vacuole and the intracellular replication of the pathogen. To conclude, our research strongly suggests that multiple Coxiella effectors manipulate host cell pathways to ensure the efficient intracellular development of this pathogen.