Étude des effets cytotoxiques de la toxine bi-fonctionnelle de Bacillus anthracis sur l'endothélium

Cytotoxic effects of the bi-functional toxin of Bacillus anthracis on the endothelium

• Auteur / Autrice : Caroline Stefani
• Direction : Emmanuel Lemichez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et interactions moléculaires
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Nice

Mots clés

Mots clés contrôlés

AMP cyclique

AMP kinase

Bacillus anthracis

Actine

Cellules -- Perméabilité

Endothélium

Résumé

Bacillus anthracis est l’agent étiologique de l’anthrax. L’infection systémique par B. Anthracis conduit à des fuites vasculaires. En tant que facteur de virulence majeur, B. Anthracis synthétise une toxine composée de trois polypeptides : l’antigène protecteur (PA), le facteur létal (LF), et le facteur oedématogène (EF). LF est une métalloprotéase qui clive les MAP kinase kinase et EF est une adénylate cyclase qui augmente la concentration intracellulaire d’AMPcyclique (AMPc). Dans une première étude, nous rapportons que l’inhibition des voies MAP kinases par la toxine létale de B. Anthracis (LT = PA + LF) déclenche une formation progressive et tardive de câbles épais d’actine. Ces fibres de stress d’actine étirent les cellules et entrainent des disjonctions intracellulaires, conduisant à une perméabilité paracellulaire de l’endothélium. Nous rapportons que l’inhibition de la signalisation MAP-kinase par LT a un impact majeur sur le transcriptome des cellules. Ainsi LT induit une formation non conventionnelle de câbles d’actine en modulant l’expression de régulateurs clés de l’actine, en l’absence d’activation détectable de la voie RhoA/ROCK. Dans une seconde étude, nous avons étudié les effets de la toxine oedématogène (ET = PA = EF) sur les cellules endothéliales. Nous révélons que la signalisation AMPcinduite par ET conduit à la formation de macro-ouvertures transendothéliales (TEM), corrélée à une perméabilité vasculaire accrue. Ces TEM sont identiques à ceux produits par l’EDIN de Staphylococcus aureus, une toxine qui provoque la rupture de la barrière endothéliale et favorise la diffusion des bactéries. Les cellules hôtes réparent ces tunnels par des membranes ondulantes riches en actine qui partent du bord des TEM. Nous montrons que la formation des TEM induite par ET st semblable au démouillage de liquide, un processus physique de nucléation et de croissance de trous dans un film liquide mince. Nous identifions également que le domaine I-BAR de MIM sent les courbures de membranes de novo générées par les TEM. Cette protéine s’accumule au bord des TEM et recrute le complexe arp2/3 pour induire la polymérisation de l’actine nécessaire à la fermeture des TEM. L’ensemble de ces études décrit les différents mécanismes d’action des facteurs de Bacillus anthracis, LF et EF, dans l’induction de a perméabilité endothéliale.

Bacillus anthracis is the etiological agent of anthrax. Systemic infection by B. Anthracis leads to vascular leakages. As a major virulence factor, B. Anthracis synthetuzes a toxin composed of three polypeptides : the protective antigen (PA), the lethal factor (LF), and the edema factor (EF). LF is a metalloprotease that cleave the MAP kinase kinase and EF is an adenylyl cyclase that raises the intracellular concentration of cyclic AMP (cAMP). In a first study, we report that inhibition of MAP kinase pathways by B. Anthracis lethal toxin (LT = PA + LF) triggers a gradual and belated formation of thick actin cables. These actin stress fibers stretch the cells and induced intercellular disjunctions, leading to endothelium para-cellular permeability. We report that inhibition of MAP kinase signaling by LT has a major impact on cell transcriptome. That LT induces an unconventional formation of actin cable by modulating the expression of key actin regulators, in absence of detectable activation of the RhoA/ROCK pathway. Ina second work, we studied the effects of edema toxin (ET = PA + EF) on endothelial cells. We reveal that cyclic-AMP signaling produced by Bacillus anthracis ET induced formation of large transendothelial cell macroaperture (TEM), which correlates with increased vascular permeability. These TEM are identical to those produced by the EDIN of Staphylococcus aureus, a toxin that ruptures the host endothelium barrier and promotes bacterial dissemination. Host cells repair these tunnels by extending actin-rich membrane waves from the TEM edges. We show that ET-induced TEM formation resembles liquid dewetting, a physical process of nucleation and growth of holes within a thin liquid film. We also identify that the I-BAR domain of the protein MIM senses de novo membrane curvature generated by the TEM, accumulates at the TEM edge, and triggers Arp2/3-dependent actin polymerization, which induces actin-rich membrane waves that close the TEM. Together, these studies describe the different mechanism of action of Bacillus anthracis factors, LF and EF, in the induction of the endothelium permeability.