Study of the role of Cytolethal Distending Toxin in digestive carcinogenesis and cell survival
Etude du rôle de la Cytolethal Distending Toxin dans la carcinogenèse digestive et la survie cellulaire
Résumé
Humans are frequently exposed to bacterial genotoxins, colibactin and Cytolethal Distending Toxin (CDT), involved in digestive cancers. These toxins damage the DNA of host cells and constitute a predisposing factor for the development of cancer. Enterohepatic Helicobacters, such as Helicobacter hepaticus and Helicobacter pullorum, are associated with several intestinal and hepatic diseases. Their main virulence factor is CDT.We studied the mechanisms of action of CDT genotoxin in the activation of pro-cancerous processes and cell survival, using Helicobacter hepaticus infection, as a model. We demonstrated that the nuclear remodeling induced by Helicobacter CdtB active subunit of CDT involves MAFB oncoprotein overexpression which is subsequently associated with a strong nuclear and perinuclear localization of MAFB protein in CDT/CdtB-distended nuclei, and with the formation of large lamellipodia, corresponding to cellular extensions known to be involved in cell migration and arousal of metastases. We also showed that the nuclear remodeling induced by CDT/CdtB could be associated to the formation of transient rich-messenger ribonucleoprotein nucleoplasmic reticulum (NR). These genotoxin-induced dynamic structures may correspond to a privileged gateway for the synthesis of selected mRNA, preferentially transported from the nucleus, through pores and translated therein. CDT-induced NR may allow the cell to pause and repair DNA damage caused by bacterial genotoxins in order to maintain cell survival. Microarray-based identification of differentially-expressed genes pointed a CdtB regulation of autophagy. We showed that CdtB stimulated autophagic flux and enhanced pro-survival autophagy following CDT-induced DNA damage. CDT promoted the formation of cytoplasmic SQSTM1/P62 aggregates, sometimes deeply invaginated in distended nuclei, as well as SQSTM1/P62-positive extra-cellular like vesicles. NR formation following DNA damage induced by CDT is associated with the induction of autophagy, which plays a survival role in this context. SQSTM1/P62 have a key role in these effects.These findings offer new insights into the context of NR formation and cell survival in response to DNA damage, a common feature of many cancers, which not only appears in response to therapies-induced DNA damage, but also earlier in response to genotoxic bacteria.Further studies are required identify the cytosolic structures surrounded and engulfed by P62/SQSTM1 and to decipher the role of this cargo protein in the prosurvival of cells whose DNA is damaged, and more particularly its role in NR formation in light with its recently demonstrated RNA-binding protein function.The results of this thesis support the idea that bacterial genotoxins could cause cancer.
L’homme est fréquemment exposé à des génotoxines bactériennes impliquées dans les cancers digestifs, comme la colibactine et la toxine CDT (Cytolethal Distending Toxin). Ces toxines endommagent l'ADN des cellules hôtes et constituent un facteur prédisposant au développement de cancers. Les Helicobacter entérohépatiques, tels que Helicobacter hepaticus et Helicobacter pullorum, sont associés à plusieurs maladies intestinales et hépatiques. Leur principal facteur de virulence est la toxine CDT. Nous avons étudié les mécanismes d'action de la génotoxine CDT dans l'activation des processus procancéreux et la survie cellulaire, en utilisant l'infection à Helicobacter hepaticus comme modèle. Nous avons démontré que le remodelage nucléaire induit par la sous-unité active CdtB de la CDT de Helicobacter implique la surexpression de l'oncoprotéine MAFB qui est ensuite associée à une forte localisation nucléaire et périnucléaire dans les noyaux distendus en réponse à la CDT/CdtB, ainsi qu’à la formation de gros lamellipodes, des extensions cellulaires connues pour être impliquées dans la migration cellulaire et la production de métastases. Nous avons également montré que le remodelage nucléaire induit par CDT/CdtB peut être associé à la formation de réticulum nucléoplasmique (NR) enrichi en particules ribonucléoprotéiques. Ces structures dynamiques et transitoires induites par la génotoxine pourraient correspondre à une passerelle privilégiée pour la synthèse d'ARNm sélectionnés, qui seraient préférentiellement transportés du noyau à travers les pores nucléaires et traduits à l'intérieur du NR. Le NR induit par la CDT (et aussi par la colibactine) pourrait permettre à la cellule de s'arrêter et de réparer les dommages à l'ADN causés par les génotoxines bactériennes afin de maintenir la survie cellulaire. L'identification à base de MicroArrays des gènes régulés par la CdtB a aussi montré une régulation de l'autophagie par cette toxine. Nous avons montré que la CdtB stimulait le flux autophagique et induisait une autophagie de survie suite aux dommages à l'ADN induits par la CDT/CdtB. Nous avons montré que la CDT/CdtB favorise la formation d'agrégats cytoplasmiques SQSTM1/P62 parfois profondément invaginés dans les noyaux distendus ainsi que des vésicules extra-cellulaires SQSTM1/P62-positives. La formation de NR suite aux dommages à l'ADN induits par la CDT est associée à l'induction de l'autophagie, qui joue un rôle de survie dans ce contexte. Les particules SQSTM1/P62 ont un rôle clé dans ces effets. Ces résultats offrent de nouvelles perspectives dans le contexte de la formation du NR et de la survie cellulaire en réponse aux dommages à l'ADN, une caractéristique commune à de nombreux cancers, qui apparaissent non seulement en réponse aux dommages à l'ADN induits par les thérapies mais aussi plus tôt en réponse aux bactéries génotoxiques. De nouvelles études sont nécessaires pour identifier les structures cytosoliques entourées et englouties par P62/SQSTM1 ainsi que pour déchiffrer le rôle de cette protéine cargo dans la survie des cellules dont l'ADN est endommagé et, plus particulièrement, son rôle dans la formation de NR à la lumière de sa fonction de protéine de liaison à l’ARN récemment démontrée. Les résultats issus de cette thèse confortent l’idée que les génotoxines bactériennes pourraient être à l’origine de cancers.
Origine : Version validée par le jury (STAR)