Immune and developmental regulations in host-symbiont interactions in the cereal weevil Sitophilus spp.

par Justin Maire

Thèse de doctorat en Micro-organismes, interactions, infections

Sous la direction de Abdelaziz Heddi.

Soutenue le 05-12-2018

à Lyon , dans le cadre de École Doctorale Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation , en partenariat avec Institut national des sciences appliquées de Lyon (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) et de BF2I - Biologie Fonctionnelle Insectes et Interactions (Lyon, INSA) (laboratoire) .

Le président du jury était Martin Kaltenpoth.

Le jury était composé de Abdelaziz Heddi, Martin Kaltenpoth, Bernard Charroux, Christine Coustau, Christine Braquart-Varnier, Natacha Kremer, Anna Zaidman-Remy.

Les rapporteurs étaient Bernard Charroux, Christine Coustau.

mots clés

• Biosciences
• Endosymbiose obligatoire
• Immunité innée
• Métamorphose
• Sitophilus
• Insectes
• Peptidoglycanes
• Bactériocytes
• Sitophilus
• Endosymbiose
• Immunité innée

Titre traduit

Régulations immunitaires et développementales dans les interactions hôtes-symbiotes chez le charançon des céréales Sitophilus spp.

Résumé

La symbiose est un phénomène ubiquitaire dans la nature et joue un rôle évolutif majeur. Alors que la communauté scientifique reconnaît désormais l’importance des associations symbiotiques dans de nombreux processus biologiques et pathologiques chez les animaux, la compréhension des mécanismes de contrôle, de tolérance et de modulation des populations symbiotiques est un enjeu majeur. Pour aborder ces questions, j’ai étudié l’association entre le charançon Sitophilus et la bactérie intracellulaire Sodalis pierantonius. Sitophilus héberge son endosymbiote dans des cellules spécialisées, les bactériocytes, regroupées en un organe, le bactériome. En retour, S. pierantonius fournit à son hôte des nutriments présents en faibles quantités dans son alimentation, les céréales. S. pierantonius étant immunogène pour son hôte, dans un premier chapitre, j’ai étudié les régulations immunitaires spécifiques au bactériome assurant le maintien de l’homéostasie immunitaire. J’ai dans un premier temps montré que la compartimentalisation des endosymbiotes, limitant les contacts immunitaires avec l’hôte, repose sur l’expression IMD-dépendante d’un peptide antimicrobien, une régulation similaire aux réponses immunitaires aux pathogènes. Ensuite, j’ai montré comment l’immunogénicité des endosymbiotes, via son peptidoglycane, est limitée par des Protéines de Reconnaissance du PeptidoGlycane (PGRP). Le peptidoglycane symbiotique ne semble pas être reconnu dans le bactériome, et sa reconnaissance systémique est contenue par l’action locale de PGRP-LB. Cette protéine clive le peptidoglycane symbiotique, empêchant ainsi l’activation chronique du système immunitaire systémique. Dans un deuxième chapitre, j’ai étudié comment, au cours de la métamorphose, le bactériome se réorganise complètement. Le bactériome larvaire se dissocie, les bactériocytes migrent le long de l’intestin et forment de multiples nouveaux bactériomes. Une approche de dual-RNAseq nous a permis de révéler l’implication à la fois de l’hôte et du symbiote dans ce remodelage morphologique. Les résultats obtenus durant cette thèse montrent l’impact incommensurable des bactéries sur des processus immunitaires et développementaux, et sur l’évolution des animaux en général.

mots clés

• Biosciences
• Endosymbiosis
• Innate immunity
• Metamorphosis
• Sitophilus
• Insect
• Peptidoglycan
• Bacteriocytes

Résumé

Symbiosis is ubiquitous in nature and plays a crucial role in evolution. As the scientific community is becoming increasingly aware of the importance of such associations in both biological and pathological processes in animals, understanding how symbiotic populations are controlled, tolerated, and modulated, is becoming a major stake. To address these questions, I studied the mutualistic association between the weevil Sitophilus and the intracellular bacterium Sodalis pierantonius. Sitophilus houses S. pierantonius in specialized host cells, the bacteriocytes, which group together in an organ, the bacteriome. In return, S. pierantonius provides its host with nutrients scarecely present in its cereal-based diet. S. pierantonius being immunogenic for its host, I studied in a first chapter how specific bacteriome immune regulations ensure the maintenance of host immune homeostasis. In a first part, I showed that endosymbiont compartmentalization, which limits host-endosymbiont immune contacts, relies on the IMD-dependent expression of one antimicrobial peptide, a regulation similar to that of immune responses in pathogenic conditions. Then, I showed how endosymbiont immunogenicity, via its peptidoglycan, is tamed by PeptidoGlycan Recognition Proteins (PGRPs). While symbiotic peptidoglycan would not be recognized within the bacteriome, its systemic recognition is circumscribed by PGRP-LB local action. PGRP-LB cleaves symbiotic peptidoglycan, thereby preventing a chronical and detrimental activation of the host systemic immunity. In a second chapter, I studied how, during metamorphosis, the bacteriome is completely remodeled. The larval bacteriome dissociates, bacteriocytes migrate along the midgut, and settle in multiple new bacteriomes. A dual-RNAseq approach allowed us to pinpoint both host and symbiont implication in this drastic morphological reorganization. The results obtained during this PhD show the immeasurable impact bacteria bear on host immune and developmental processes, and more generally on animal evolution.