Les facteurs de virulence des bactries tropisme intestinalJM SCHEFTELVendredi 4 mars 2011Master Physio-Pathologie Cellulaire et Molculaire

diffrents types de syndromes gastro-intestinaux infectieux

Gastro-entrite aigu

Diarrhes hydriques: cholriformes

Diarrhes dysentriques: dysentriformes

Diarrhes hmorragiques, ulcro-hmorragiquesLes bactries tropisme intestinal engendrent

Bactries tropisme intestinal, responsablesde syndromes digestifs: exemplesSalmonella typhimuriumShigella dysenteriaeYersinia enterocoltica Escherichia coli (pathovars)Vibrio choleraeCampylobacter jejuniAeromonas hydophilaClostridium difficileStaphylococcus aureus

Les diffrents types de diarrhes infectieuses

mettent en jeu des mcanismes physio-pathologiques spcifiques bass sur l implication de facteurs de virulence selon des stratgies de mieux en mieux connues.

Facteurs de virulence Facteurs dadhsion, facteurs de colonisation Facteurs dinvasionProduction dentrotoxines cytotoniques ou cytotoxiques

Escherichia coli : exemple type

Entrobactrie commensale habituelle du clon, prdominanteau sein de la flore arobie-anarobie facultative de lintestin

Mais certaines souches (pathovars ou pathotypes) sont de vritables pathognes intestinaux en provoquant diffrents types de syndromes gastro-intestinaux.

Les diffrents pathovars d E.coli From Bacterial Pathogenesis1994

Les EPEC : 1res souches dE.coli identifies comme agent de diarrhes responsables de troubles intestinaux graves chez les jeunes enfants enfants de moins dun an. Diarrhe no-natale (important taux de dcs dans les pays en voie de dveloppement )

Virulence:Prsence de facteurs dadhsionPrsence de facteurs dattachement-effacementAbsence de facteurs entrotoxiques

Les souches EPEC

Modle de virulence pour le pouvoir dadhsion

les formes dattachement de la bactrie lentrocyte

pidestalbactrielumire intestinale

Travaux de Ilan Rosenshine Ann de lInstitut Pasteur, actualits (1997) 8,2,157-161

Liaison initiale : due des pili qui forment des faisceauxBFP: bundle- forming pilifimbriae de type IVBFP provoque agrgation des EPEC et la formation de micro-colonies la surface de la cellulehte. Les bactries attaches par BFP se trouvent une distance de100 nm 300 nm de la membrane de la cellule hte. Ce contact avec lentrocyte dclenche chez EPEC lexpression del lot de pathognicit (locus deffacement des entrocytes) Liaison initialeTIRex Hp 90

Liaison intime : produite par uneprotine de la membrane externe, lintimine.La distance entre la membrane externeet la cellule hte est de 10 nmL intimine induit la formation dune protine par le systme TSSS (typeIII secretion system) qui est insre dans la membrane :Translocated intiminreceptor (TIR) (ex Hp 90)

Esps: EPEC secreted proteinsEspA, EspB, EspD engages dans leprocessus dattachement-effacement

Liaison intime TIRex Hp90

La signalisation intracellulairePhosphorylation de la tyrosine de TIRActivation de la phospholipase CGnration dun flux Inositol PIP3 provoque un flux de Ca2+Activation de LCM kinase: phosphorylation de LCM.

Polymrisation de lactineet phosphorylation de la myosine

formation dun pidestalTIRex Hp 90

Polymrisation de lactine

Pidestal lorigine de la formation des lsions A/E de la bordure en brosse.

Les gnes ncessaires ces processussont regroups dans le locus deffacement des entrocytes (LEE)Cest un lot de pathognicit de 35 kbcontenant les gnes dun systmesecrteur de type III et de protines effectrices transportes dans la cellule

Pidestal et EPEC

Travaux de J Cleary et al

Enteropathogenic Escherichia coli (EPEC) adhesion to intestinal Epithelial cells: role of bundle-forming pili (BFP), EspA filaments and intimin

Microbiology 150 ,2004, 527-538

Protocoles exprimentaux (E.coli) Travaux de Cleary et coll (2004)Souches GnotypePhnotypebfpA espA eaecellules intestinales Caco-2 adhsionE2348/69 + + + 100

UMD 880 + - - 110

UMD 886 - + - 8

UMD 883 - - + 0

UMD 888 - - - 0

La souche sauvage E.coli 2348/69 adhre rapidement (< 10 min) la bordure en brosse des cellules Caco-2 et forme des micro-colonies et des lsions typiquesA/E.La souche double mutante UMD880 (bfpA+, espA-,eae-) adhre aussi rapidement

La souche UMD886 (bfpA-, espA+,eae-) adhre plus tardivement (> 1h) et moins efficacement.

La microscopie confocale indique que ladhsion est mdie par BFP et EspALa souche UMD883 (bfpA-, espA-,eae+) , incapable deffectuer la translocationde TIR , nadhre pas.La souche UMD 888 triple mutante (bfpA-, espA-,eae-) est incapable dadhrer

Microscope confocal balayage laser

Principe du microscope confocal

Cellules Caco-2 normalesMicroscopie confocale: a:vue horizontale et b: vue verticalecoloration de lactine (vert: fluorescine)c:Microscopie lectronique balayage

Cellules Caco-2 infectes par la souche sauvage E.coli E2348/69a: 10 min : bactries (rouges) adhrentes la bordure en brosse (BB:vert)b: bactries expriment BFP (rouge), EspA (vert), intimine (vert)c: BFP (vert) induit lattachement initial BB(rouge) et agrgation bactrie-bactrie (bleue)d et e: aprs 3 h : micro-colonies (bactries lies par BFP)f: aprs 6 h (A/E lsions) h : SEM: A/E lsions (scanning electron micrograph)

Microscopie confocale : a , b, c, e, f SEM : dSouche E.coli UMD 88O bfpA +, espA-, eae- (a) : adhsion en 10 min (b et c) : fibrilles de BFP adhrents BB

SEM: fibrilles BFP adhrents aux microvillosits

e et f : micro-colonies

Microscopie confocale: : cellules Caco-2 infectes par souche E.coli UMD 886(bfpA - espA+ eae -)3h: quelques bactries (rouge) adhrentes la bordure en brosse (vert) (b): adhsion x10 aprs lavage modr(c et d) visualisation des filaments EspA (vert) impliqus dans ladhsion.

Microscopie confocale: a, b et c Co-infection: A: souche E.coli UMD 883 bfpA-, espA-, eae+ et B : E.coli bfpA+, espA+, eae- Seule souche A colore : adhsion 3h (accrtion dactine en vert et bactrie en rouge)

Pouvoir pathogne des EPEC

Capacit dabsorption rduite due la perte des micro-villosits

Stimulation de la scrtion de chlorures

Permabilit accrue de lpithlium

Diarrhes dysentriques dues Shigella sppFacteurs de virulence: Facteurs invasifsFacteurs de dissmination intracellulaireAssoci production dentrotoxinesModle de pouvoir invasif

Les shigelles pntrent par les cellules M des plaques de Peyer

Facteurs de virulence: cods par le plasmide de virulence de 220 kb scrts par lintermdiaire du systme de scrtion de type III Ipa A, Ipa B, Ipa C, Ipa D : invasines

Fait intervenir des changements au niveau des des composants du cytosquelette de la celluleau niveau de lactine conduisant la formation dextensions cellulaires et de ridesExtrusion de la membrane soutenue par des filaments dactine entourant la bactrieLa bactrie est capte, enveloppe, engloutie en 5-10 min. Il y a activation de GTP ases de type Rho, de la vinculine, recrutement de protines dadhsion (ezrine, paxilline,) pour former un complexe dadhsion focalis (rle de Ipa D).Mcanisme de macropynocytose.La bactrie est internalise dans une vacuole, le phagosome. Lyse de la membrane du phagosome (rle de Ipa B et Ipa C)Description du processus dinvasion

Dissmination de la bactrie laide des filaments dactine la propulsant dans le cytosolvers les cellules adjacentes. Rles de IcsA, de cadhrineIcsA induit la polymrisation de filaments dactine, lun des ples de la bactrie.Ceci propulse la bactrie lintrieur du cytoplasmedans la direction oppose cette queue en croissance La queue reste stationnaire dans le cytoplasme.Cest le dpt continu dactine sur cette queuequi fait se dplacer la bactrie.

La bactrie mobile peut pntrer dans une cellule adjacente en formant une poche dans la membrane. Description du processus de dissmination

Accs de Shigella la membranebaso-latrale des entrocytes du clon?

la localisation de Shigella sur lamuqueuse apicale stimule la migrationdes PNN ou macrophages sur la face basale.La rupture des jonctions intercellulaires qui sensuit permet auxbactries de traverser cet espace et daccder la face baso-latrale.Endocytose par la face BL augmentant le potentiel invasif de shigella

Facteur de virulence: entrotoxine cytotoxique

Type de la diarrhe dysentriqueToxines de Shiga, toxines shiga-like (EIEC)Vrotoxines (EHEC): VT1 , shiga-like toxin (SLT 1)VT2 : 60% identit avec VT1 (SLT 2) Toxine de Shiga: protine multimrique de 70 kDa compose dunesous-unit (su) A catalytique de 32 kDa et de 5 su B de 7,7 kDaLes su B se fixent sur un rcepteur de nature glycolipidique : globotriaosyl cramide (Gb3)sous unit A est internalise par endocytoseUn phagolysosome se forme dans lequel les enzymes lysosomiaux clivent A en A1La su A1 inhibe la synthse protique en inactivant la su 60 S du ribosome par arrt de la fixation TRNA-AA induisant larrt de llongation des protines do un effet cytoxique

Facteur de virulence: entrotoxine cytotonique

Type de la diarrhe hydriqueToxine thermolabile dE.coli ouToxine cholrique de Vibrio cholerae

Protines multimriques de 84 kDa1 su A de 28 kDa catalytique constitue de 2 su A1 et A2 lies par un pont di-S5 su B de 11,5 kDa de fixationMode daction: su B se fixent un ganglioside (GM1) prsent sur la membrane des entrocytesChangement conformationnel de la toxine - cration dun canal hydrophile

ConclusionsLes bactries pathognes tropisme intestinal dveloppentdes stratgies bases sur des capacits dadhsion, de colonisationdinvasion dlaboration de facteurs entrotoxiques

Ces facteurs de virulence sont lorigine des manifestations digestives observes dans chaque type de pathologie.

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