Protéines exportées par le système de sécrétion de type VII ESX-4 de Mycobacterium abscessus : quelles cibles pour le développement d'un test diagnostique et d'un vaccin ?

par Marion Lagune

Projet de thèse en Sciences de la vie et de la santé

Sous la direction de Jean-Louis Herrmann et de Fabienne Girard-misguich.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Structure et Dynamique des Systèmes Vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....) , en partenariat avec Infection et Inflammation chronique (laboratoire) et de Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    Les mycobactéries possèdent des systèmes de sécrétion très particuliers dits de type VII (SST7), dénommé ESX. M. abscessus possède seulement deux loci esx (esx-3 et 4) alors que M. tuberculosis en possède 5 (esx-1 à 5). Nous avons récemment publié que le locus esx-4 est un acteur essentiel de la virulence de M. abscessus et de sa survie intracellulaire. Bien qu'aucune fonction n'ait été décrite pour le locus esx-4 chez les autres mycobactéries, y compris M. tuberculosis. Nous avons montré que l'absence d'un des gènes de ce locus chez M. abscessus, le gène eccB4, entrainait une réduction importante de la virulence de cette mycobactérie en l'empêchant de résister à la lyse phagosomale. Notre objectif est d'étudier en détail le locus esx-4 et les protéines exportées par le système de sécrétion esx-4 chez M. abscessus, de déterminer leur rôle dans la pathophysiologie de l'infection à M. abscessus, et d'identifier ainsi des cibles spécifiques nous permettant de mettre au point un test diagnostique pour détecter l'infection par M. abscessus chez les patients atteints de Mucoviscidose et/ou de proposer un candidat vaccin pour lutter contre cette bactérie multi-résistante. Afin d'identifier les substrats sécrétés par le système ESX-4, nous avons réalisé différentes études comparées de secrétome entre les souches de M. abscessus de type sauvage et un mutant eccB4 dépourvu d'un des composants structuraux de ce système de secrétion. Trois axes seront définis : (i) l'axe 1 permettra de définir l'exclusivité fonctionnelle du locus esx-4 chez M. abscessus par comparaison avec le locus esx-4 non impliqué dans la virulence de M. tuberculosis, via la complémentation de ce locus dans une souche BCG, incapable de s'extraire du phagosome et d'analyser si cette compétence est restaurée. (ii) l'axe 2 consistera à caractériser les protéines sécrétées et à tester leur impact sur la physiologie mycobactérienne après expression sous la forme de protéines recombinantes. Ces protéines et les sérums correspondants, constitueront nos premiers outils immunologiques ; (iii) l'axe 3 nous permettra d'évaluer chez l'animal (par cartographie épitopique des substrats d'ESX-4 au moyen de pepscans) et chez l'homme (par reconnaissance de ces peptides) des réponses lymphocytaires B et T dans une optique de développement d'outils diagnostiques et vaccinaux. Plusieurs questions sont posées quant à la fonctionnalité et aux produits sécrétés par le système ESX-4 chez M. abscessus comparativement à M. tuberculosis, et quant à la réponse de l'hôte vis-à-vis de ces produits sécrétés. Ce projet implique deux partenaires académiques ayant déjà fréquemment collaboré ensemble. Nous avons obtenu le sécrétome de M. abscessus chez le mutant défectueux pour ce système de sécrétion et nous avons, par comparaison avec la souche sauvage, identifié plusieurs substrats candidats. Nous nous attendons à une réponse chez l'homme vis-à-vis des candidats identifiés et qui joueront un rôle dans la virulence de M. abscessus. La présence d'anticorps ou de réponses lymphocytaires T chez l'hôte infecté nous permettra de développer des tests, sérologique ou cellulaire, pour un diagnostic simple des infections à M. abscessus chez les patients atteints de Mucoviscidose. Les réponses chez l'animal, ainsi que la mise en place d'une vaccination, nous permettra d'envisager un vaccin sur la base des protéines sécrétées par ce système, et caractérisées par ces différentes approches moléculaires et immunologiques.

  • Titre traduit

    Proteins exported by the type VII secretion system ESX-4 of Mycobacterium abscessus: which targets for the development of a diagnostic test and a vaccine?


  • Résumé

    We recently identified the esx-4 locus as a key player in the virulence and intracellular survival of M. abscessus, emerging pathogen in Cystic Fibrosis (CF) patients. Mycobacteria possess particular type VII secretion systems, also named ESX systems. M. abscessus has only ESX-3 and -4, while M. tuberculosis has ESX-1 to -5 systems. Whereas no apparent function was found for the esx-4 locus in other mycobacteria, including M. tuberculosis, we have shown that deletion of the eccB4 gene of the M. abscessus esx-4 locus resulted in the reduction of the virulence of this mycobacterium in environmental amoeba, human and murine macrophages, and zebra fish models1. Here, our goal is to study more in detail the esx-4 locus and the proteins secreted via the ESX-4 system of M. abscessus, in order to determine the role of such proteins in the pathophysiology of M. abscessus infection. Moreover, this work will allow identification of pertinent target candidates for the development of diagnostic tools to detect possible M. abscessus infection in CF patients and a vaccine candidate against these multi-resistant bacteria. We have already realized comparative secretome analyses of WT and eccB4 mutant M. abscessus strains. Several protein candidates have been identified, and some of these have been cloned and expressed. Three axes will be defined: (i) Axis 1 will define the functional exclusivity of the esx-4 locus in M. abscessus compared to the esx-4 locus of M. tuberculosis that is not implicated in the virulence, via the complementation of this locus in a BCG strain, unable to get out of the phagosome and analyze if this skill is restored. (ii) Axis 2 will consist of characterizing the secreted proteins and testing their impact on the mycobacterial physiology after expression in the form of recombinant proteins. These proteins and the corresponding sera will be our first immunological tools; (iii) Axis 3 will enable us to evaluate in animals (by epitope mapping of ESX-4 substrates using pepscans) and in humans (by recognition of these peptides) lymphocyte responses B and T with a view to developing diagnostic and vaccine tools. Several questions will focus on the functionality, the products secreted by the M. abscessus ESX-4 system compared to M. tuberculosis, and the response of the host to these secreted factors. This project involves two partners having already frequently worked together. We have established the comparative secretome of M. abscessus for WT and the eccB4 mutant and have identified several candidates. We predict that immune responses should be detectable in M. abscessus-infected patients against identified candidates and potential virulence-related factors. The presence of antibodies or T-cell responses in the infected host will allow us to develop a serological and/or cellular assay for a simple diagnosis of M. abscessus infection in CF patients.