MECHANISMS OF REGULATION INVOLVED IN PSEUDOMONAS AERUGINOSA PATHOGENICITY : TYPE III SECRETION SYSTEM, EPIGENESIS AND QUORUM SENSING
MECANISMES DE REGULATION IMPLIQUES DANS LA PATHOGENICITE DE PSEUDOMONAS AERUGINOSA : SYSTEME DE SECRETION DE TYPE III, EPIGENESE ET QUORUM SENSING
Résumé
Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic bacterium responsible for severe infections. Its pathogenicity comes from many virulence factors including the type III secretion system (TTSS). This system is activated by contact between the cell and the bacterium or by calcium depletion of the medium and allows injection of toxins into host cell cytosol. Different phenotypes are observed in chronic lung infection: an inducible phenotype by cell contact or calcium depletion and a non inducible one.
If no mutations have occurred, those two phenotypes could be explained by epigenesis.
With the help of a bioinformatic tool, we established all possible dynamics of the minimal TTSS regulatory model which fit the bistability hypothesis and showed the possibility of epigenesis. Through this method, we also design descriminating experiments to validate the hypothesis and first demonstrated the epigenetic acquisition of the capacity for the type III secretion system of P. aeruginosa to be activated by calcium depletion. The possibility of this epigenetic phenotypic switch was then confirmed in vivo in an acute pulmonary infection model.
On an other hand, we showed that TTSS is repressed in high cell density condition. This repression is induced by a signal produced and secreted by P. aeruginosa. Using mutants we demonstrated that known quorum sensing signals are not responsible for this inhibition. Thus, TTSS expression is cell density dependent and is repressed at high cell density by an unknown quorum sensing like mechanism.
If no mutations have occurred, those two phenotypes could be explained by epigenesis.
With the help of a bioinformatic tool, we established all possible dynamics of the minimal TTSS regulatory model which fit the bistability hypothesis and showed the possibility of epigenesis. Through this method, we also design descriminating experiments to validate the hypothesis and first demonstrated the epigenetic acquisition of the capacity for the type III secretion system of P. aeruginosa to be activated by calcium depletion. The possibility of this epigenetic phenotypic switch was then confirmed in vivo in an acute pulmonary infection model.
On an other hand, we showed that TTSS is repressed in high cell density condition. This repression is induced by a signal produced and secreted by P. aeruginosa. Using mutants we demonstrated that known quorum sensing signals are not responsible for this inhibition. Thus, TTSS expression is cell density dependent and is repressed at high cell density by an unknown quorum sensing like mechanism.
Pseudomonas aeruginosa est un bacille opportuniste responsable d'infections graves. Sa pathogénicité repose sur de nombreux facteurs de virulence dont le système de sécrétion de type III (SSTT). Ce système est activé par le contact de la bactérie avec une cellule ou une déplétion calcique et permet l'injection de toxines directement dans le cytosol de la cellule. Différents phénotypes sont observés lors d'une infection pulmonaire dans le cas de la mucoviscidose : un phénotype inductible par le contact cellulaire ou la déplétion calcique et un autre non inductible.
En l'absence de mutations, cette dualité de phénotype peut être envisagée sous un aspect épigénétique.
A l'aide d'un outil informatique, nous avons déterminé les dynamiques possibles d'un modèle du SSTT supportant l'hypothèse de bistabilité et mis en évidence l'existence possible d'épigénèse. Grâce à cette méthode nous avons également définit les expériences permettant de tester cette hypothèse. Nous avons démontré qu'une modification épigénétique pouvait être à l'origine d'une acquisition stable de l'inductibilité du SSTT in vitro. Ce changement héréditaire de phénotype a été confirmé, in vivo, à l'aide d'un modèle d'infection pulmonaire aiguë.
Dans un second temps, nous avons mis en évidence une répression du SSTT à densité cellulaire élevée. Celle-ci est induite par un signal produit et sécrété par la bactérie. L'utilisation de mutants a permis de montrer que les signaux connus du quorum sensing ne sont pas impliqués dans cette répression. Ainsi, l'expression du SSTT dépend de la densité bactérienne et la répression à densité cellulaire élevée est induite par un mécanisme de type quorum sensing non connu.
En l'absence de mutations, cette dualité de phénotype peut être envisagée sous un aspect épigénétique.
A l'aide d'un outil informatique, nous avons déterminé les dynamiques possibles d'un modèle du SSTT supportant l'hypothèse de bistabilité et mis en évidence l'existence possible d'épigénèse. Grâce à cette méthode nous avons également définit les expériences permettant de tester cette hypothèse. Nous avons démontré qu'une modification épigénétique pouvait être à l'origine d'une acquisition stable de l'inductibilité du SSTT in vitro. Ce changement héréditaire de phénotype a été confirmé, in vivo, à l'aide d'un modèle d'infection pulmonaire aiguë.
Dans un second temps, nous avons mis en évidence une répression du SSTT à densité cellulaire élevée. Celle-ci est induite par un signal produit et sécrété par la bactérie. L'utilisation de mutants a permis de montrer que les signaux connus du quorum sensing ne sont pas impliqués dans cette répression. Ainsi, l'expression du SSTT dépend de la densité bactérienne et la répression à densité cellulaire élevée est induite par un mécanisme de type quorum sensing non connu.
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