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 Résumé de thèse ayant obtenu le PRIX GREMI 2003 :

 ANALYSE GENETIQUE DE LA REPONSE IMMUNITAIRE DE DROSOPHILA MELANOGASTER

 François LEULIER

UNIVERSITE PARIS 7

Centre de Génétique Moléculaire - CNRS,

 Bâtiment 26, Avenue de la Terrasse, 91198 Gif-sur-Yvette, France

J’ai effectué mon travail de thèse au sein de l’équipe dirigée par Bruno Lemaitre au Centre de Génétique Moléculaire du CNRS à Gif sur Yvette. Mon travail a porté sur l’étude des réponses immunitaires innées lors des infections bactériennes en utilisant la drosophile comme modèle d’étude.

Les insectes sont très résistant aux agressions des micro-organismes. L’infection induit chez la drosophile l’expression de gènes codant de petits peptides cationiques présentant de fortes activités antimicrobiennes, permettant de protéger l’organisme des agresseurs. Les gènes codant ces peptides antimicrobiens sont régulés par deux voies de signalisation, les voies Toll et Imd. Elles activent chacune des facteurs de transcription distincts appartenant à la famille Rel/NF-kappaB. Chez les mammifères, ces facteurs jouent un rôle central dans la régulation des réponses immunitaires innées et inflammatoires. La conservation de mécanismes de régulation dépendants de NF-kappaB chez des organismes aussi distants que les mammifères et la drosophile a donc souligné l’existence de mécanismes anti-infectieux ancestraux commun à tous le règne animal.

 

Lorsque j’ai débuté mon travail de thèse, la voie de signalisation Toll était déjà bien caractérisés. Son implication dans la régulation de la réponse aux infections fongiques chez la drosophile avait stimulé la découverte, chez les mammifères, du rôle central d’une famille de récepteurs, les « Toll-Like Receptors » dans la régulation des réponses innées. Ces récepteurs sont activés par des composants microbiens et régulent l’activation du facteur NF-kappaB via une voie de signalisation proche de celle du récepteur Toll de drosophile (voir figure). L’autre voie contrôlant un facteur NF-kappaB chez la drosophile, la voie Imd, était elle trés peu décrite. Seule l’existence de la mutation immune deficiency (imd) et l’implication du facteur NF-kappaB Relish dans la défense des infections bactériennes indépendamment de la voie Toll suggéraient l’existence d’une seconde voie de signalisation requise pour réguler l’immunité de la drosophile. Aussi, à l’aide d’un crible génétique dans un premier temps puis à l’aide de techniques de génétique inverse, nous avons entrepris l’identification d’intermédiaires de cette nouvelle voie de signalisation.

 

Mes recherches ont permis l’identification de deux nouveaux régulateurs de la voie Imd, la caspase Dredd et la protéine adaptatrice dFADD et ont aidé à l’identification d’un troisième, la MAPKKK dTAK1. Par la suite des analyses d’épistasie génétique ont permis d’organiser les activités des composants de cette cascade de signalisation. De façon frappante, ces trois nouveaux intermédiaires présentent de fortes homologies de séquence avec les protéines Caspase-8, FADD et TAK1 respectivement. Ces trois protéines interviennent dans la voie de signalisation du TNF-a chez les mammifères. De plus, la structure de la voie Imd implique deux branches et rappelle celle de la voie du TNF-a (voir figure). Chez les mammifères, la voie du TNF-a joue un rôle central dans la régulation des réponses inflammatoires, aussi ces résultats ainsi que ceux obtenus par d’autres laboratoires dans même le temps ont permis de souligner l’existence d’une forte conservation entre la voie de signalisation du TNF-a et la voie Imd (voir figure).

 

Par ailleurs, nous avons caractérisé, avec d’autres laboratoires, la spécificité de ces réponses antimicrobiennes chez la drosophile. En effet il semble que la voie de signalisation Toll joue un rôle majeur dans la réponse immunitaire antifongique et envers certains germes à Gram-positif alors que la voie Imd est essentielle aux réponses immunitaires dirigées contre les germes à Gram-négatif. Ces résultats ont permis d’élaborer un modèle d’activation différentielle de ces deux voies NF-kappaB chez la drosophile en réponse à l’infection par différent types de germes. Il représente à l’heure actuelle un modèle de régulation de réponse immunitaires par des facteurs NF-kappaB (voir figure).

 

Finalement, avec l’aide de biochimistes spécialistes des enveloppes bactériennes nous avons étudié les bases moléculaires de cette spécificité des réponses antimicrobiennes et nous avons démontré que l’activation sélective des voies de signalisation Toll et Imd par différentes classes de bactéries est basée sur la reconnaissance de formes particulières d’un composant majeur de leur parois : le peptidoglycane (voir figure). Le peptidoglycane existe sous différentes formes chez les bactéries à Gram-positif et à Gram-négatif, les formes Lysine et méso-DAP, respectivement. Ces résultats ainsi que ceux obtenus par d’autres laboratoires étudiant l’effet de différents types de peptidoglycanes via le système Nod chez les mammifères soulignent le rôle majeur de ce composé microbien complexe dans l’activation sélective de mécanismes inflammatoires et immunitaires lors des infections bactériennes.

 

Aussi dans l’ensemble, ces travaux ont contribué à la mise en évidence de la forte conservation des mécanismes immunitaires chez des espèces aussi éloignées que les insectes et les mammifères. Ils ont révélés aussi la forte spécifité de ces défenses commune au règne animal. Enfin ils soulignent l’intérêt d’analyser ces mécanismes fondamentaux chez des organismes models tels que la drosophile dont l’analyse des réponses in vivo est facilité par la puissance des outils génétiques à la disposition de l’expérimentateur.

 

Figure : Chez la drosophile, l’expression des gènes codant les peptides antimicrobiens est gouvernées par les voies Toll et Imd.

La voie Toll est activée en réponse à des infections par des champignons et des bactéries à Gram-positif. Elle contrôle l’expression de certains des gènes codant des peptides antimicrobiens. Cette cascade présente de fortes similarités avec la voie TLR/NF-kappaB. Cependant chez la drosophile, le récepteur Toll est activé par un ligand, Spaeztle qui est clivé suite à une cascade protéolytique initiée par des « Pattern Recognition Receptors » circulants (PGRP-SA et GNBP-1 pour les bactéries à Gram positif). Les protéines suivantes présentent des homologies : Toll/TLRs, dMyD88/Myd88, Pelle/IRAK, Cactus/IkappaB et Dif, Dorsal/NF-kappaB.

    La voie Imd, elle, est activée en réponse à des infections par des bactéries à Gram-négatif et contrôle l’expression des gènes codant les peptides antibactériens. Cette voie présente des similarités avec la voie de signalisation du TNF-R1. Les protéines suivantes présentent des homologies : Imd/RIP, dTAK1/MEKK3, dmIKKß/IKKß, dmIKKg/IKKg, Dredd/Caspase-8 et Relish/P105.

    L’activation différentielle de ces deux voies lors d’infections bactériennes repose sur la reconnaissance sélective de deux types de peptidoglycanes. Le peptidoglycane de type Lysine des bactéries à Gram positif est reconnu par PGRP-SA et GNBP-1 et active la voie Toll, alors que le peptidoglycane de type méso-DAP des bactéries à Gram négatif est reconnu par PGRP-LC et active la voie Imd.

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