Role of Type 4 Pili of Neisseria meningitidis in the induction of cell surface remodelling and consequences on the colonization of cellular barriers
Rôle des Pili de type IV dans le réarrangement de la surface cellulaire eucaryote induite par Neisseria meningitidis et conséquences sur la colonisation des barrières cellulaires
Résumé
Neisseria meningitidis (Nm) is a Gram-negative bacterium that is a commensal of the human nasopharynx. About 20% of humans are asymptomatic carriers of Nm. In rare cases, these bacteria can cross the nasopharyngeal epithelium and cause septicemia and purpura fulminans. Nm is then able to colonize and cross the blood brain barrier (BBB), leading to meningitis. When in contact with host cells, Nm induces a complex reorganization of the actin cytoskeleton, leading to formation of filopodia-like structures that surround the bacteria. During my thesis, we described the recruitment of cholesterol to these structures and showed that this molecule is essential for the signaling pathways induced by Nm. Cholesterol depletion with Methyl-ß-cyclo-dextrin, inhibits filopodia formation. When treated cells were infected, we observed a disruption of neisserial microcolonies under very moderate flow levels (Mikaty, Soyer et al. 2009). We attempted to block the ability of bacteria to induce a cellular response and elucidate the role of host cells in bacterial microcolony cohesion. Type 4 pili (Tfp) are one of the most important virulence factors of Nm. These long filamentous appendices are notably essential for adhesion of bacteria to host cells and for auto-aggregation of bacteria. I was able to show that a non-piliated strain, which adheres to host cells via an Opa protein, is unable to induce cortical plaque recruitment and filopodia formation (Coureuil, Mikaty et al. 2009). Four proteins, the pilins, compose the fiber of Tfp. I tested the role of these proteins in cortical plaque recruitment by infection of primary endothelial cells with deletion mutants in each of the genes encoding these proteins. I identified two proteins necessary for the induction of cell signaling pathways. These two proteins, PilV and PilX, are minor pilins, which are integrated inside the Tfp fiber and then exposed at the bacterial surface. During my PhD, we identified two novel functions of neisserial Tfp. Our work provides a new and better understanding of the life cycle and molecular mechanisms in the pathogenesis of Nm.
Neisseria meningitidis est une bactérie à Gram négatif, à la fois commensale et pathogène de l’espèce humaine. Au cours de ces travaux, nous nous sommes intéressés à l’interaction entre cette bactérie et son hôte. La colonisation des cellules par N. meningitidis est un processus complexe qui intègre : l’adhésion aux cellules de l’hôte dépendante de la présence de Pili de type IV (Pt4), la multiplication et la survie des bactéries, la formation de
microcolonies et leur maintien sur les cellules puis l’envahissement progressif de la surface cellulaire. Cette étape de colonisation est centrale dans le cycle commensal et dans la pathogenèse de cette bactérie. Elle a donc été largement étudiée par le passé. Cependant deux aspects avaient été négligés dans la plupart de ces études. (1) La colonisation des cellules humaines se fait dans un contexte de flux de liquides, mucus ou sang, qui génère des forces hydrodynamiques qui s’opposent à la colonisation. (2) L’interaction entre une bactérie et une cellule eucaryote implique une participation de chacune des deux cellules. La colonisation des cellules humaines par N. meningitidis induit plusieurs changements physiologiques dont une réorganisation complexe du cytosquelette d’actine aboutissant à la formation de projections membranaires à la surface des cellules hôte. C’est donc en intégrant ces deux aspects que nous avons abordé la question de la colonisation de l’hôte par N. meningitidis. Ces travaux de thèse ont permis de montrer que la réorganisation du cytosquelette d’actine induite par la bactérie participait activement à la colonisation. La formation des projections membranaires permet à la plupart des bactéries au sein de la microcolonie, d’établir des liaisons robustes avec la membrane plasmique. Ces liaisons sont les seules qui permettent à N. meningitidis de résister aux forces hydrodynamiques présentes dans son environnement naturel. De plus, nous avons montré que les Pt4 de la bactérie sont le vecteur moléculaire de l’induction de la réorganisation du cytosquelette. Nous avons identifié deux protéines dans ces pili qui assurent la fonction inductrice. Ces protéines, les pilines mineures PilV et PilX, sont nécessaires à l’induction de la réorganisation du cytosquelette d’actine, et par conséquent, à la colonisation des cellules humaines par N. meningitidis. Dans ces deux pilines mineures, une région particulière caractérisée par un pont disulfure est essentielle à cette fonction. Cette région est exposée à l’extérieur de la bactérie et pourrait agir comme ligand d’un récepteur cellulaire. Ces travaux ont associés une nouvelle fonction aux Pt4 de la bactérie. De plus, nous avons découvert une fonction inédite à cette réponse cellulaire dans la colonisation de N. meningitidis. Le détournement des voies de signalisation de la cellule hôte permet à la bactérie de résister aux conditions hydrodynamiques de son environnement naturel.
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