Interaction of Streptococcus gallolyticus with human colonic cells

par Mariana Martins

Thèse de doctorat en Microbiologie procaryote et eucaryote

Sous la direction de Shaynoor Dramsi.

Soutenue en 2015

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....) , en partenariat avec Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019) (autre partenaire) .

mots clés

• Streptocoques -- Épidémiologie
• Cancer colorectal -- Épidémiologie
• Fimbriae bactériens -- génétique
• Muqueuse intestinale
• Mucines -- génétique
• Translocation bactérienne

Titre traduit

Interaction de Streptococcus gallolyticus avec des cellules du colon humain

Résumé

Streptococcus gallolyticus est une bactérie à Gram-positif retrouvée en portage intestinal dans 5 à 10% de la population humaine qui est responsable de septicémies et d'endocardites infectieuses chez les personnes âgées. Plusieurs études épidémiologiques indiquent une forte incidence de pathologies gastro-intestinales chez des patients infectés par S. Gallolyticus. Ainsi, la présence de cette bactérie est fortement associée au cancer colorectal (CCR). Cependant, les raisons de cette association ne sont toujours pas élucidées, à savoir si S. Gallolyticus est une cause ou une conséquence du développement du CCR. L'objectif principal de cette thèse était d'explorer les interactions entre S. Gallolyticus et les cellules intestinales du colon, afin d'ouvrir des pistes permettant de comprendre la forte association de cette bactérie avec le CCR. Dans la première partie de ce travail, nous avons caractérisé le rôle du pilus Pil3 dans l'attachement aux mucines intestinales MUC5AC et MUC2, l'adhérence aux cellules HT29-MTX produisant du mucus et pour la colonisation du colon chez la souris. Dans une deuxième partie de ce travail, grâce à l'utilisation de supports perméables (transwell) permettant de mimer une barrière intestinale, polarisée, nous avons pu montrer la capacité de S. Gallolyticus UCN34 à traverser activement une monocouche de cellules intestinales par la voie paracellulaire. Le mécanisme moléculaire mis en jeu dépend du pilus Pil3 et plus particulièrement de l'adhésine Pil3A ainsi que de son expression hétérogène au sein de la population bactérienne. En effet, dans la souche de S. Gallolyticus UCN34, Pil3 est exprimé de façon hétérogène : 10% des bactéries expriment fortement Pi13 et 90% des bactéries l'expriment faiblement. Les résultats obtenus indiquent que cette hétérogénéité est cruciale car elle permet aux bactéries exprimant fortement Pi13 d'interagir avec un ou plusieurs récepteurs cellulaires pour provoquer l'ouverture transitoire des jonctions cellulaires afin de permettre le passage des bactéries faiblement adhérentes. En effet, les variants isogéniques de S. Gallolyticus surexprimant Pil3 (Pil3+) ou n'exprimant pas Pil3 (Δpil3) s'avèrent incapables de traverser la barrière intestinale. En conclusion, ce travail de thèse a permis la caractérisation fonctionnelle du pilus Pil3 de S. Gallolyticus et de son rôle majeur dans la colonisation du côlon et dans la translocation de la barrière intestinale.

Résumé

The Gram-positive bacterium Streptococcus gallolyticus is an emerging cause of bacteremia and infective endocarditis in the elderly. Several epidemiological studies point to a high incidence of gastrointestinal pathologies in patients infected with S. Gallolyticus. Thus, the presence of this bacterium is strongly associated with colorectal cancer (CRC). However, it remains unknown whether S. Gallolyticus infection is a cause or consequence of CRC development. The main goal of this PhD project was to explore the interactions of S. Gallolyticus with human colonic cells, in order to get molecular insights explaining the association of this bacterium with CRC. In the first part of this work, we have characterized the role of S. Gallolyticus Pil3 pilus in binding to intestinal mucins MUCSAC and MUC2, adhesion to human colonic cells producing mucus HT29-MTX and colonization of the murine colon. In the second part, we took advantage of permeable support systems (transwell), which mimic a polarized epithelial barrier, to demonstrate the capacity of S. Gallolyticus UCN34 to actively translocate across colonic barriers, a critical trait for the establishment of invasive infection. Interestingly, we found that the PiI3 pilus, in particular the Pil3A adhesin, expressed heterogeneously at the single tell level (90% of Pil3low and 10% of Pil3high) in S. Gallolyticus UCN34 was crucial for bacterial translocation across the epithelium. Pil3high bacteria probably interact with an unknown host receptor, allowing the transient opening of the tight junctions and the passage of Pil3low bacteria. Indeed, PiI3 overexpressing bacteria or Δpil3 bacteria were unable to translocate intestinal monolayers in vitro. Altogether, our work provided novel insights on the key role of the S. Gallolyticus PiI3 pilus in host colon colonization via interaction with mucins. In addition, the heterogeneous expression of PiI3 was shown to be crucial for the paracellular passage of S. Gallolyticus between adjaçent cells.