# Réponse mucosale aux salmonelles, entérobactéries pathogènes

Anne-Christine Lalmanach

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Anne-Christine Lalmanach. Réponse mucosale aux salmonelles, entérobactéries pathogènes. Master. Infectiologie Cellulaire et Moléculaire, Vaccinologie, Anticorps Thérapeutiques (Réponse mucosale aux salmonelles), 2016, 27 diapositives. hal-02800557

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M2 Infectiologie Cellulaire et Moléculaire,
Vaccinologie, Anticorps Thérapeutiques

LALMANACH A-C, UMR ISP, INRA Centre de Recherche Val de Loire, Nouzilly

Module 5 Réponse mucosale aux salmonelles,
entérobactéries pathogènes

• Salmonellose

* Premier contact de *Salmonella* avec l'épithélium intestinal

- Etapes initiales

- Expression muqueuse des chimiokines

- Les phagocytes

• Réponse défensine

* Réponse cytokine: rôle majeur de l'IFN-γ
# Réponse mucosale aux entérobactéries pathogènes

## Deux formes de salmonellose : selon le sérotype de Salmonella

* **Infections gastriques et entériques**

2 sérotypes **ubiquistes majoritaires**
(plus des deux tiers des souches répertoriées)

S. Enteritidis

S. Typhimurium

Environ 70% des toxi-infections alimentaires
collectives

* **Infections systémiques**

particularité des sérotypes à spécificité d'hôte

ex : S. Typhi : fièvres typhoïdes chez l'homme

S. Abortusovis : fièvre et avortements des brebis

S. Gallinarum: typhoïde des volailles

S. Typhimurium : typhoïde de la souris
## La salmonellose, un problème d'importance en santé publique et vétérinaire:

* Salmonella: entérobactérie Gram -, plus de 2500 sérovars spécifiques d'hôtes (Typhi, Gallinarum, Abortusovis...) ubiquistes (Enteritidis, Typhimurium,...)

* Salmonellose = deuxième zoonose (derrière campylobacteriose) en nombre de cas confirmés par an en Europe (91 034 cas rapportés dans les 27 EM en 2012, source EFSA Journal 2014;12(2):3547)

* Première cause de toxi-infection alimentaire collective en Europe
## La salmonellose, un problème d'importance en santé publique et vétérinaire:

* Plus des deux tiers des sérovars isolés de cas humains en Europe: *Salmonella Enteritidis* et *Salmonella Typhimurium*

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>Figure SA3. Distribution of the 10 most common Salmonella serovars in humans in the EU, 2012 (N = 82,409)</figcaption></figure>
## La salmonellose, un problème d'importance en santé publique et vétérinaire:

* Liée à la consommation d'aliments contaminés, issus des productions animales

* Aliments incriminés dans les infections alimentaires collectives européennes en 2012

Œufs et produits à base d'œufs
22%

Viandes et charcuteries (porc, volaille, bœuf, autres)
20,2%

Poissons et produits dérivés
9,2%

Fromage
5,4%

Fruits et légumes, jus
5,4%

Coquillages et crustacés
4,6%
# Réponse mucosale aux entérobactéries pathogènes

## Premier contact de Salmonella avec l'épithélium intestinal: étapes initiales.

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* Prise en charge directe possible par les cellules dendritiques projetant des dendrites qui expriment des composants de jonction serrées *.

* Entrée active par les cellules M, par les cellules épithéliales.

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# Réponse mucosale aux entérobactéries pathogènes

## Premier contact de Salmonella avec l'épithélium intestinal: étapes initiales.

### NTS: Non typhoid salmonellosis

<figure><img src="image_5.png" /></figure>

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Dans l'épithélium: 
Invasion = entrée active

Dans la lamina propria: 
prise en charge par les phagocytes
# Réponse mucosale aux entérobactéries pathogènes

## Premier contact de *Salmonella* avec l'épithélium intestinal: étapes initiales.

## Remaniements induits à la surface des cellules épithéliales pour favoriser l'internalisation: **triggering process**

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- Interaction initiée par l'adhésion (fimbriae de *Salmonella*)

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- Intervention du système de sécrétion de type III (TTSS, codé par SPI1, ilôt chromosomique): SipB + SipC (« seringue »), SopE injecté active GTPases, polymérisation d'actine stabilisée par SipA, régulation négative par SptP

<figure><img src="image_9.png" /></figure>

- Induction de changements massifs du cytosquelette, formation de lamellipodes et internalisation

**Remarques:** *Shigella* suit un processus analogue alors que *Listeria* et *Yersinia* suivent un « zippering process » (enfoncement dans une région membranaire d'interaction). *Salmonella* dépourvue de TTSS est capable de pénétrer par « zippering process ».
## Interaction de *Salmonella* avec l'épithélium intestinal: schéma comparatif par rapport à *Listeria* et *Shigella*

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Une fois internalisés, les différents types bactériens n'ont pas le même comportement intracellulaire:

*Shigella* détruit sa vacuole, passe dans le cytoplasme, fixe l'actine pour se mouvoir dans la cellule et de proche en proche (comme *Listeria*).

*Salmonella* reste dans la vacuole en bloquant sa fusion avec le lysosome (via Rab5 et 7) et y survit grâce à implication de gènes codés par SPI2, voire s'y multiplie. Elle peut être relarguée côté basolatéral.
# Réponse mucosale aux entérobactéries pathogènes

## Interaction de Salmonella avec l'épithélium intestinal:
« sensors » épithéliaux de la présence de pathogène

Sensibilisation intracellulaire par les récepteurs cytosoliques Nod1 et Nod2 des peptidoglycanes bactériens et par TLR4 intracellulaire qui reconnaît le LPS.

<figure><img src="image_11.png" /></figure>

Activation de la voie NF-κB inducteur de transcription des gènes de la réponse inflammatoire.

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Production de
chimiokines attirant les
cellules immunitaires
## Interaction de Salmonella avec l'épithélium intestinal: Expression muqueuse de facteurs immunitaires

### Production de chemokines attirant les cellules immunitaires

Observation immunohistologique:

* Infiltration de leucocytes dans la lamina propria du tissu intestinal infecté par *Salmonella*

* Sécrétion locale de chimiokines

* IL8 (CXCL8): attirant les neutrophiles

* MCP-1 (CCL2): attirant les monocytes

* MIP-1α (CCL3): attirant neutrophiles et macrophages

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Les phagocytes sont appelés à intervenir
## Interaction de Salmonella avec l'épithélium intestinal: Expression muqueuse de facteurs immunitaires

### Production de chemokines attirant les cellules immunitaires

Les bactéries qui passent côté basolatéral de l'épithélium:

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### Phagocytose et action bactéricide majeure (défensines...)

<figure><img src="image_15.png" /></figure>

### Migration vers la zone lymphoïde proche, présentation aux cellules T effectrices muqueuses...

<footnote>* Reed KA. et al., J. Biol. Chem. 2002, 277(15): 13346-53. 12</footnote>

<footnote>** Sierro et al., Proc. Natl., Acad. Sci. USA 2001, 98(24): 13722-7.</footnote>
## Interaction hôte - Salmonella: devenir des bactéries

* Après multiplication et transmigration épithéliale, Salmonella est prise en charge par les macrophages ou les cellules dendritiques.

* Survie dans les macrophages non activés (prévention du recrutement de la NADPH oxydase: bloquage de la « flambée oxydative »; rôle de SPI2).

* Induction de l'apoptose des macrophages (via SipB activant caspase1) et/ou de leur réponse inflammatoire (IL-1).
## Interaction hôte - Salmonella: devenir des bactéries

* Salmonella présente un tropisme pour le tissu lymphoïde intestinal.

* Salmonella se retrouve dans les plaques de Peyer, 6h post infection per os.

* Salmonella se retrouve dans les ganglions mésentériques (24-48h p.i.) puis dans la rate et le foie.
## Interaction hôte - *Salmonella*: phase d'infection systémique après inoculation voie orale chez la souris

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1. Réduction de l'inoculum

2. Multiplication bactérienne

3. Phase plateau

4. Clairance bactérienne
## Interaction hôte - *Salmonella*: devenir des bactéries

* Prise en charge directe possible des corps apoptotiques (issus de macrophages infectés) par les cellules dendritiques avoisinantes *.

* Dissémination extra intestinale des salmonelles au sein des phagocytes/DC CD18+** selon le sérotype.

* *Salmonella* ne se multiplie pas dans les DC alors qu'elle peut se nicher et se multiplier dans les macrophages.

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Les phagocytes peuvent servir de véhicule

<footnote>* Yrlid and Wick, J. Exp. Med. 2000, 191:613-624</footnote>

<footnote>**Vazquez-Torres A. et al., Nature 1999, 401: 804-808.</footnote>
## Interaction hôte - Salmonella: devenir des bactéries

**Les cellules dendritiques DC:** une porte d'entrée alternative/ une voie pour stimuler l'immunité adaptative

**Les macrophages:** une niche durant l'infection systémique et la persistance / une voie d'élimination s'ils sont activés par $\text{IFN-\gamma}$

**Les neutrophiles:** une bonne arme contre les bactéries extracellulaires, production de défensines...

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Les phagocytes sont au cœur du combat
## Interaction hôte - Salmonella: devenir des bactéries

<figure><img src="image_19.png" /><figcaption>Fig. 2. Histochemical and electron microscopic images of Salmonella associated with the host. (i) A H&E stain showing clear evidence for a Salmonella associated granuloma in the liver of an infected mouse. (ii) Scanning electron micrograph of salmonella attaching to a macrophage. (iii) Transmission electron micrograph of Salmonella residing within an adapted vacuole within a murine cell.</figcaption></figure>

Foie infecté: coloration H & E
Aspect de granulomes chargés de bactéries

Macrophage infecté:
microscopie electronique à
balayage. Salmonelle attachée.

Cellule murine infectée:
microscopie electronique à
transmission. Salmonelles intra-vacuole.

Les phagocytes
au cœur du combat¹⁸
## Réponse défensine

### Rôle des défensines dans la résistance muqueuse aux entéropathogènes

* FliC (proteine du flagelle) de *Salmonella Enteritidis* induit l'expression d'HBD2 dans les cellules épithéliales Caco-2

* Les souris KO sur le gène de la matrilysine MMP7

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Sensibles aux infections létales par
*Salmonella Typhimurium*

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Moins efficaces dans la clairance
des enteropathogènes

* Les souris transgéniques pour le gène de l'α-défensine humaine HD5

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Résistantes aux effets enteropathogènes de
*Salmonella Typhimurium*
## Stratégies d'échappement des salmonelles aux défensines

* Salmonella Typhimurium: acylation du lipide A, modification avec l'aminoarabinose.

* Salmonella Typhimurium: régulation négative de l'expression des α-défensines et du lysozyme (dépendant du régulateur de virulence PhoP).

## Stratégies de survie et dissémination des salmonelles

**Vivons heureux, vivons cachés: rester invisible des facteurs anti-bactériens**

* Persistance intra macrophages dans les phagosomes: inhibition de la fusion avec le lysosome.

* Dissémination probable via les phagocytes circulants: macrophages (MΦ), cellules dendritiques (DC).
## Dissémination des salmonelles

### Multiplication bactérienne qui ne reste pas invisible

### Les cellules des organes lymphoïdes 2res se réveillent

* Diminution de la population NK (NK1.1+, TCR $\alpha\beta$-). Dans la rate, 2 jours après infection voie orale (souris)

* Diminution de la population NKT (NK1.1+, TCR $\alpha\beta$+). Dans la rate, 5 jours après infection voie orale (souris)

* Diminution des populations cellulaires T ($TCR\alpha\beta$+, NK1.1-). Dans la rate, 5 jours après infection voie orale (souris)

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Activation, migration possible vers les sites effecteurs muqueux

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Production d'IFN-$\gamma$
## Expression muqueuse de facteurs immunitaires

### Récepteurs épithéliaux vis-à-vis des cellules immunitaires

* ICAM1: constitutif et « up-régulé » par *Salmonella*
  LFA1 des leucocytes

* LFA3: constitutif et « up-régulé » au niveau de l'épithélium
  CD2 des lymphocytes T
  (costimulation des IEL)

* gp180 ← CD8

* CD1, CD1d: Présentation d'antigènes lipidiques bactériens
  (mycobactéries)

→ Faciliter l'activation des lymphocytes avoisinants
## Expression muqueuse de facteurs immunitaires

### Cytokines activant les cellules immunitaires

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Inflammatoires, stimulation des phagocytes et
lymphocytes

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Switch de classe, favorise la production d'IgA
-> meilleure captation bact-IgA/cellules M...

### Récepteurs de cytokines augmentant l'interaction IEC-lymphocytes (via lymphokines)

IL2R, IL4R

IFN-gR Augmentation de l'expression de CMHII et de ICAM1
Présentation d'antigène aux lymphocytes T
# Réponse mucosale aux entérobactéries pathogènes

## Exemple de l'interaction avec Salmonella: l'issue de l'infection est sous la dépendance de l'IFN-g

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# Réponse mucosale aux entérobactéries pathogènes

## Exemple de l'interaction avec Salmonella: l'issue de l'infection est sous la dépendance de l'IFN-g

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L'activité microbicide des macrophages est induite par l'interféron gamma:

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Activité NRAMP1*

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Production de NO

La quantité de bactéries dans les tissus est proportionnelle au nombre de phagocytes infectés

Attention: l'interféron gamma peut avoir des effets néfaste sur l'intégrité de l'épithélium intestinal. Régulation neg indispensable par IL-10 et/ou TGFβ

<footnote>* Jabado N. et al., J. Exp. Med. 2000, 192: 1237-1248.</footnote>
## Exemple de l'interaction avec Salmonella: l'issue de l'infection est sous la dépendance de l'IFN-g

Chez la souris KO sur le gène de l'interféron-gamma (IFNg -/- ) et inoculées oralement par une souche atténuée de Salmonella *

* Pas de résolution de l'infection mais septicémie en 2 semaines

* Pas d'augmentation de l'expression du CMHII et de VCAM1

* Pas d'augmentation des populations T CD4+ et CD8+

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Déficience de l'immunité intestinale et
systémique
# Réponse mucosale aux entérobactéries pathogènes

Les DC et macrophages peuvent se faire aider : amplifier la réponse antimicrobienne à Salmonella selon l'axe IL-23 - Th17

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