Projet ANR-11-BSV3-0003 – EPILIS : Reprogrammation épigénétique par la bactérie pathogène Listeria monocytogenes
Programme : Blanc - SVSE 3 - Microbiologie, immunologie, infectiologie (Blanc SVSE 3)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Madame BIERNE Hélène (INRA CENTRE DE JOUY EN JOSAS)
Partenaires : Institut Pasteur; Institut de Biologie Structurale; Laboratoire public; Laboratoire public; Institut Pasteur; Institut Pasteur
Montant : 580000.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 36 mois
Résumé : Reprogrammation épigénétique par la bactérie pathogène Listeria monocytogenesLors d’une infection, les bactéries pathogènes doivent déjouer les défenses immunitaires de l’hôte infecté pour s’établir de façon pérenne dans son organisme. Le projet EPILIS étudie la façon dont Listeria, la bactérie responsable de la listériose humaine, agit sur la chromatine présente dans le noyau de la cellule infectée, pour reprogrammer à son avantage les gènes de défenses de l’hôte.
Epigénétique et infection : mieux comprendre et mieux lutter contre les maladies infectieusesIl est crucial de caractériser les molécules qui commandent l’activation ou la désactivation de certains gènes dans la cellule et d’identifier les éléments qui les altèrent et qui génèrent des pathologies. Les bactéries pathogènes peuvent interférer avec des protéines du noyau cellulaire et ainsi modifier l’expression de gènes impliqués dans la défense de l’organisme. Le projet EPILIS entend élucider les bases moléculaires de ces mécanismes, en caractérisant précisément les protéines bactériennes et les facteurs de l’hôte impliqués dans les reprogrammations épigénétiques induites par les bactéries.
Étude de l’épigénome de la cellule infectéePour atteindre les objectifs de ce projet, nous utilisons et développons les technologies les plus avancées du domaine, comme l’immunoprécipitation de chromatine couplée au séquençage haut-débit, la purification de complexes chromatiniens et la cristallographie suivie de détermination de structures en 3 dimensions. Nous utilisons par ailleurs des lignées de souris mutantes pour des gènes de régulateurs chromatiniens, afin d’étudier ces mécanismes lors d’infections in vivo.
Résumé de la soumission : Les modifications de la chromatine, au niveau des cytosines de l’ADN ou des histones, jouent un rôle fondamental dans la régulation de l’expression des gènes chez les eucaryotes, en contrôlant l’accès de la machinerie transcriptionnelle aux séquences promotrices. Ces modifications, lorsque qu’elles sont transmises au cours des mitoses, entraînent une reprogrammation de la cellule sans altérer la séquence génomique : c’est une régulation dite « épigénétique ». Des études récentes ont mis en évidence que modifier la chromatine est l’un des moyens par lesquels les bactéries pathogènes interfèrent avec le programme transcriptionnel des cellules hôtes. Cependant, les mécanismes moléculaires sous-jacents sont très peu caractérisés. Notre projet est centré sur cette nouvelle facette des interactions hôte-pathogènes. Nous étudierons ces phénomènes chez la bactérie intracellulaire Listeria monocytogenes, pour laquelle nos travaux publiés et nos nombreuses études préliminaires ont identifié plusieurs facteurs bactériens ciblant la chromatine. Ces facteurs agissent via deux stratégies :- l’activation de cascades de signalisation spécifiques;- le contrôle direct de régulateurs chromatiniens dans le noyau des cellules infectées.Notre projet entend élucider les bases moléculaires de ces mécanismes nouveaux, en caractérisant précisément les protéines bactériennes et les facteurs de l’hôte impliqués, ainsi que les gènes qu’ils reprogramment. Par ailleurs, comme les modifications de la chromatine (et consécutivement de l’expression des gènes) peuvent être transmises au cours des divisions cellulaires, nous rechercherons si les profils de méthylation des cytosines, ou de modifications des histones, mis en place par ces facteurs bactériens, sont conservés à long terme. Le cas échéant, il s’agirait d’une signature épigénétique de l’infection chez un hôte débarrassé du pathogène. Ce mécanisme induirait, en parallèle à l’immunité acquise, une mémoire de l’infection. Une telle découverte pourrait révéler d’éventuels mécanismes impliqués dans le développement de maladies dont l’étiologie reste inexpliquée, comme certaines maladies autoimmunes ou cancers.Pour atteindre les objectifs de ce projet, nous utiliserons et développerons les technologies les plus avancées du domaine, comme l’immunoprécipitation de chromatine couplée au séquençage haut débit, le criblage de banques de RNAi, la purification de complexes chromatiniens par la méthode TAP et la cristallogenèse automatisée suivie de détermination de structures 3-D. Nous aurons par ailleurs à notre disposition des lignées de souris mutantes pour des gènes de régulateurs chromatiniens, afin d’étudier ces mécanismes lors de l’infection in vivo.Ce projet bénéficiera des expertises complémentaires de quatre équipes (microbiologie, biologie cellulaire, génomique, biologie structurale et épigénétique), d’infrastructures de haut niveau, de nombreux outils (lignées cellulaires stables, mutants bactériens, protéines purifiées, souris KO) et d’une position scientifique avancée. Les conditions sont réunies pour la réussite de ce projet ambitieux.
Résultats : (1) Nous avons identifié des « nucléomodulines », des protéines bactériennes qui lorsqu’elles sont sécrétées par les bactéries intracellulaires, ciblent le noyau des cellules infectées et dérégulent la transcription ou la maturation de l’ARN. (2) Nous avons identifié des facteurs chromatiniens impliqués dans des infections bactériennes. (3) Enfin, nous avons caractérisé de nouveaux mécanismes de virulence important lors d’une infection bactérienne.
Perspectives : Ces travaux laissent entrevoir le rôle d'une régulation épigénétique – des changements de l’expression des gènes, ayant lieu sans altération de la séquence ADN – lors de l’infection par Listeria. Nous recherchons s’il existe une mémoire épigénétique de l’infection chez un hôte débarrassé du pathogène. Cette découverte, si elle se vérifiait pour d’autres pathogènes, apporterait de précieuses informations permettant de mieux comprendre et, à terme, de mieux lutter contre, les maladies infectieuses et immunitaires.
Publications et brevets : Nos travaux ont mis à jour de nouveaux gènes de l’immunité activés lors d’infections par des pathogènes majeurs, tels les agents de la listériose, de la staphylococcose et de la tuberculose :
Bierne H., Travier L., Mahlakõiv T., Tailleux L, Subtil A., Lebreton A., Paliwal A., Gicquel B., Staeheli P., Lecuit M. and P. Cossart. 2012. Activation of Type III Interferon Genes by Pathogenic Bacteria in Infected Epithelial cells and Mouse Placenta. PLoS ONE. Volume 7 | Issue 6 | e39080.
Les bases scientifiques du projet EPILIS sont commentées dans trois revues :
Lebreton A, Cossart P and H. Bierne. 2012. Bacteria tune interferon responses by playing with chromatin. Virulence. 1;3(1):87-91.
Bierne H, Cossart P. 2012. When bacteria target the nucleus: the emerging family of nucleomodulins. Cell Microbiol. 14(5):622-33.
Hamon MA, Ribet D, Stavru F, Cossart P. Listeriolysin O: the Swiss army knife of Listeria. Trends Microbiol. 2012 may 2012