Frank LAFONT

Microbiologie Cellulaire dans l’Interface Cellule-Pathogène

D’après les chiffres donnés par l’OMS dans son rapport annuel de 2005, les maladies infectieuses représentent la seconde cause majeure de mortalité. L’effort de Recherche sur les agents infectieux est sous-tendu par les pathogènes émergents et par les menaces d’épidémies et de pandémies responsables de taux de morbidité et mortalité élevés. Egalement, la possibilité d’utilisation des micro-organismes pathogènes comme agents du bio-terrorisme renforce le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques efficaces.

Nous nous intéressons aux étapes précoces de l’infection aux niveaux moléculaires et cellulaires. Nos Recherches sont centrées sur les mécanismes cellulaires détournés par les pathogènes pour adhérer et envahir les cellules hôtes. Les pathogènes ont développé de nombreuses stratégies pour usurper les machineries moléculaires de l’hôte afin d’échapper à la réponse immunitaire et pour assurer une infection efficace.

Nous développons une approche interdisciplinaire combinant génétique bactérienne, biologie cellulaire et moléculaire, biochimie et biophysique pour étudier comment les pathogènes interagissent avec la surface cellulaire de l’hôte, comment la cellule répond à cette attaque et comment les pathogènes détournent cette réponse. Le but est d’identifier de nouvelles cibles moléculaires pour développer de nouveaux outils thérapeutiques qui serviront à inhiber l’infection.

Nous sommes intéressés depuis quelques années à l’organisation de la membrane plasmique de l’hôte et plus particulièrement à l’identification de machineries moléculaires associées à des micro-domaines lipidiques membranaires (Fiedler et al. 1995; Lafont et al, 1998, 1999; Verkade et al 2000; Plant et al, 2000; Lecat et al., 2000). Ces domaines, appelés radeaux lipidiques (Simons et van Meer, 1988 ; Simons et Ikonen, 1997), ont été l’objet d’un intérêt grandissant car ils ont été proposés pour jouer un rôle important dans diverses maladies tels certains troubles neurodégénératifs (maladie d’Alzheimer, prion, maladie de Parkinson, …), certaines maladies du stockage des lipides (maladie de Niewmann-Pick), certaines maladies du métabolisme des lipides (diabètes, athérosclérose), l’asthme, les réponses allergiques et des cellules T (Simons et Ehehalt, 2002). Les virus, les parasites, les bactéries et les toxines bactériennes utilisent également ces domaines spécialisés (Lafont et al, 2004 ; Lafont et van der Goot, 2005).

Nous étudions à la résolution nanométrique les interactions entre cellule hôte et pathogène par microscopie à champ proche. Nous avons caractérisé par microscopie à force atomique (AFM) avec des leviers fonctionnalisés la distribution et les forces d’interaction de toxines et d’adhésines bactériennes avec leur récepteurs cellulaires (Roduit et al., 2008 ; Dupres et al., 2010 ; Mostowy et al., 2011). Nous avons de plus développé une méthode d’analyse des propriétés biophysiques de la membrane plasmique engagées dans ces interactions (Roduit et al., 2008 ; Mostowy et al., 2011). Ceci nous a conduit à mener des recherches en vue d’établir une tomographie de la cellule vivante (Roduit et al., 2009). Nous testons actuellement cette possibilité en couplant AFM et mesure biophotonique à la super résolution.

Bien que principalement extracellulaire, Yersinia pseudotuberculosis peut envahir in vitro et in vivo des macrophages. Nous avons découvert comment Y. pseudotuberculosis usurpe la voie de l’autophagie, bloquant la maturation des autophagosomes pour se répliquer dans une niche intracellulaire (Moreau et al., 2010). Nous avons montré qu’après l’entrée de S. flexneri, les vestiges membranaires (identifiés par le recrutement de la galectine-3 (Paz et al., 2010)) subsistant après passage de la bactérie dans le cytosol sont adressés vers la voie de l’autophagie (Dupont et al., 2009a). Au cours de la même étude, nous avons démontré l’implication de l’ubiquitylation et des adaptateurs comme P62. Nous faisons l’hypothèse que l’adressage vers l’autophagie de la signalisation associée aux membranes participe à inhiber la réponse de défense cellulaire à l’infection (Dupont et al., 2009b). Ceci nous a permis de dégager une ligne de recherche sur le rôle de l’ubiquitylation, des adaptateurs et de l’autophagie dans l’orchestration de la réponse cellulaire à l’infection par modulation du devenir à la fois du pathogène et de la cellule hôte (Dupont et al., 2010 ; Ligeon et al., 2011).

Notre hypothèse de travail est qu’une partie de cette réponse de signalisation cellulaire est déclenchée par l’adhésion du pathogène indépendamment de la réponse spécifique consécutive de l’interaction entre sites de haute affinité. Cette partie de la signalisation serait partiellement due aux propriétés biophysiques, mécaniques, de la membrane. Après l’adhésion certaines molécules pourraient être recrutées au niveau de la membrane impliquée dans l’interaction avec le pathogène. Nous voulons comprendre ce phénomène. Pour atteindre cet objectif à long terme, nous avons décidé d’examiner ces évènements précoces au niveau de la membrane pour différents pathogènes qui utilisent des moyens différents pour adhérer et envahir la cellule. En disséquant les machineries moléculaires impliquées lorsque les micro-organismes interagissent avec la membrane de l’hôte (en surface et pendant le trafic membranaire intracellulaire), nous voulons analyser les similarités et différences ce qui nous permettra de définir les mécanismes communs. Une approche originale et ambitieuse que nous développons est basée sur l’étude des propriétés élastiques des membranes en interaction et sur l’étude simultanée de la dynamique de recrutement de molécules de signalisation recrutées lors de la liaison du pathogène. Une autre approche est d’analyser par microscopie de criblage à haut-contenu et haut-débit les molécules de signalisation impliquées dans les étapes précoces de l’infection en nous concentrant sur les évènements membranaires. Nous devons continuellement développer de nouvelles techniques, vaincre des verrous technologiques, tester de nouveaux concepts, disséquer de nouveaux mécanismes qui nous permettront d’ouvrir de nouvelles portes pour définir de nouveaux traitements thérapeutiques. C’est un projet passionnant qui nous motive chaque jour davantage. Nous espérons que la lecture des pages de ce site vous permettra de partager notre enthousiasme !

 

Références :

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