Deciphering the toxicity and secretion mechanisms of the TIR domaincontaining effector PumA from Pseudomonas aeruginosa

Décoder les mécanismes de toxicité et de sécrétion de la protéine TIR PumA de Pseudomonas aeruginosa Introduction et objectifs : Le domaine TIR (Toll/interleukin-1 Receptor), présent au sein de tous les TLRs (Toll-like Receptors) et les adaptateurs associés, est un composant clé du système immunitaire inné. La détection d’un pathogène déclenche l’interactions entre les domaines TIR de ces protéines permettant la signalisation par les TLRs et enfin l’activation de la réponse inflammatoire. Ces dernières années, de nombreux travaux ont révélé le rôle d’une famille d’effecteurs bactériens contenant un domaine TIR capables de détourner ces signaux précoces de l’immunité. Dans le contexte des pathogènes nosocomiaux, une récente étude menée dans le laboratoire a montré que l’effecteur TIR PumA est un facteur de virulence clé de la souche Pseudomonas aeruginosa PA7. PumA interagit avec les adaptateurs MyD88 et TIRAP, et module l’activation de la réponse immunitaire en contrôlant notamment la translocation du facteur de transcription NF-κB. De plus, de récents travaux ont montré que le domaine TIR possède une activité enzymatique NADase, c’est-à-dire la capacité à dégrader le NAD+ de l’hôte, un métabolite central dans beaucoup de processus cellulaires. Cependant, bien que les mécanismes impliqués dans le détournement de la réponse immunitaire aient été largement étudiés, le rôle des effecteurs contenant un domaine TIR dans la modulation du métabolisme de l’hôte ainsi que leur mécanisme de sécrétion restent encore très peu étudiés. Mon projet de thèse a pour objectif de caractériser les mécanismes de toxicité et de sécrétion de l’effecteur PumA chez P. aeruginosa PA7, une souche atypique et multi-résistante aux antibiotiques. Résultats : Trois loci différents codant le SST6 sont présents dans le génome de P. aeruginosa : SST6-H1, -H2, et -H3. Alors que le SST6-H1 est connu pour cibler uniquement les bactéries, le SST6-H2 et le SST6-H3 sont également capables de cibler les cellules eucaryotes. Nous avons découvert que le SST6 est impliqué dans la translocation de PumA dans les cellules infectées, ce qui entraîne l'inhibition de la réponse immunitaire mais aussi la réduction de la concentration cellulaire en NAD+. De manière surprenante, nous avons également découvert que PumA est impliqué dans la compétition bactérienne, injectée dans des bactéries voisines via un SST6 différent. Cette toxicité induite par PumA est due à l'activité consommatrice de NAD+ (NADase) de son domaine TIR. De plus, nous avons montré qu’en début d’infection PumA localise au niveau de la membrane plasmique, puis se retrouve dans des compartiments intracellulaires contenant MyD88. Pour finir, nous avions précédemment montré au laboratoire qu’une souche de P. aeruginosa non-TIR (PA14) exprimant de manière artificielle PumA était aussi capable d’inhiber la réponse immunitaire (Imbert et al. 2017). Nous nous sommes donc intéressés à connaitre le mécanisme de sécrétion utilisé par PA14 pour délivrer PumA. Nous avons découvert que PA14 exprimant PumA produit des vésicules extracellulaires contenant PumA, et que ces vésicules elles-mêmes sont capables, après contact avec les cellules épithéliales, de réduire la réponse immunitaire et la concentration en NAD+ à l’inverse des vésicules produites par la souche sauvage (n’exprimant pas PumA). Par la suite, nous avons montré que le SST6 de cette souche semble impliqué dans l’injection de PumA en infection, mais aussi dans la cible bactérienne E. coli. En résumé, nos résultats identifient PumA comme un nouvel effecteur trans-règne du SST6 présentant une activité NADase une fois injecté dans des cellules eucaryotes et procaryotes. À notre connaissance, il s'agit de la première description d'un effecteur bactérien utilisant un SST6 sélectif en fonction de la cellule cible. De plus, nous avons montré que l’expression artificielle de PumA dans une souche non-TIR est suffisante pour augmenter la virulence de la bactérie, alors capable de mettre en place différents systèmes pour injecter PumA dans l’hôte.