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L'arme secrète des bactéries : comment les protéines effectrices contrôlent-elles les cellules hôtes
Avec les progrès de la bactériologie et de la biologie moléculaire, les scientifiques ont progressivement dévoilé le mystère des effecteurs bactériens. Ces protéines effectrices sont les « armes secrètes » délivrées par les bactéries pathogènes aux cellules hôtes via le système de sécrétion et jouent un rôle crucial dans le processus d’infection bactérienne.
Les protéines effectrices aident généralement les agents pathogènes à envahir les tissus de l'hôte, à supprimer le système immunitaire ou à augmenter la capacité de survie de l'agent pathogène.
De nombreuses bactéries pathogènes sont capables de sécréter des protéines effectrices, mais les quantités exactes sont inconnues pour la plupart des espèces. Lorsque les génomes pathogènes sont séquencés, les protéines effectrices peuvent être prédites sur la base des similitudes des séquences protéiques, mais ces prédictions ne sont pas toujours exactes. Plus important encore, il est très difficile de prouver expérimentalement qu’une protéine effectrice prévue est réellement sécrétée dans la cellule hôte en raison de la quantité négligeable de chaque protéine effectrice.
Prenons l'exemple d'E. coli pathogène. Les recherches montrent que la bactérie peut contenir plus de 60 protéines effectrices, mais il a été confirmé que seulement 39 d'entre elles pénètrent avec succès dans les cellules Caco-2 humaines. Même au sein d’une même espèce bactérienne, différentes souches possèdent souvent différentes combinaisons de protéines effectrices. Par exemple, la bactérie phytopathogène Pseudomonas aeruginosa possède 14 protéines effectrices, mais le nombre de protéines effectrices trouvées dans plusieurs souches différentes atteint près de 150.
Le mécanisme d'action des protéines effectrices
La diversité des protéines effectrices leur permet d'influencer de nombreux processus au sein de la cellule hôte. Par exemple, les protéines effectrices T3SS des pathogènes Escherichia coli, Shigella, Salmonella et Yersinia pestis sont capables de moduler la dynamique de l'actine des cellules hôtes et de favoriser leur fixation ou leur invasion. Ils peuvent également perturber le trafic endocytaire, prévenir la phagocytose, moduler les voies apoptotiques et les réponses immunitaires de l'hôte.
Une fois que les agents pathogènes ont pénétré dans les cellules hôtes, ils utiliseront la voie de l'endocytose pour survivre, et certaines bactéries peuvent même modifier le processus d'apoptose.
Par exemple, les phagocytes sont des cellules immunitaires qui reconnaissent et « engloutissent » les bactéries. Ces cellules peuvent reconnaître les bactéries directement via ce qu’on appelle le récepteur A piégeur, ou indirectement via des anticorps et des protéines du complément. Les Salmonella et Shigella internes interfèrent avec le trafic endolysosomal pour échapper à la phagocytose et survivre dans la cellule hôte. Yersinia pestis, quant à elle, bloque ce processus en inhibant la réorganisation du cytosquelette.
Au cours du processus de transport endocytaire, les bactéries Salmonella favorisent la formation d'elles-mêmes enveloppées dans des « kystes de Salmonella » (SCV) et, à mesure que les SCV mûrissent, elles se déplacent vers le centre organisateur des microtubules pour favoriser davantage la survie bactérienne. Pendant ce temps, Shigella échappe au système endolysosomal en lysant rapidement le kyste.
En plus d'affecter la phagocytose et le transport endocytaire, les protéines effectrices de certains agents pathogènes peuvent également interférer avec la voie de sécrétion des cellules hôtes. Par exemple, la protéine effectrice EspG d’Escherichia coli entéropathogène peut réduire la sécrétion d’interleukine-8 dans les cellules hôte, affectant ainsi la réponse immunitaire. Cette protéine effectrice, comme d’autres protéines effectrices, a un fort effet inhibiteur sur le système immunitaire de l’hôte.
De nombreuses bactéries pathogènes ont développé des mécanismes pour empêcher l'apoptose des cellules hôtes afin de maintenir leur environnement de vie.
Par exemple, les protéines effectrices NleH et NleF d'Escherichia coli entéropathogène empêchent l'apoptose des cellules hôtes. De plus, les protéines effectrices de Shigella, IpgD et OspG, ont également des fonctions similaires. Ces protéines effectrices peuvent empêcher les cellules hôtes de subir une réponse apoptotique en interférant avec la voie NF-kB. Bien que de nombreuses protéines effectrices jouent un rôle clé dans la résistance à la mort des cellules hôtes, certaines protéines effectrices induisent la mort cellulaire, comme le rôle des protéines effectrices EHEC EspF, EspH et Cif.
Moyens de réponse anti-immunitaire
Les bactéries pathogènes échappent à la réponse immunitaire de l'hôte de différentes manières, l'une des principales étant d'interférer avec la voie de signalisation NF-kB dans les cellules hôtes. Une variété de protéines effectrices peuvent inhiber efficacement l'activation de la voie NF-kB. Par exemple, la protéine effectrice NleC d'Escherichia coli entéropathogène empêche la production d'IL-8 en clivant les composants de NF-kB. De même, YopE et YopP de Yersinia pestis empêchent l'activation de NF-kB, qui joue un rôle important dans la prévention des réponses inflammatoires.
Grâce à l'étude approfondie des protéines effectrices bactériennes, nous avons une compréhension plus complète de leur rôle dans l'infection pathogène. Cela changera-t-il notre façon de penser le traitement des maladies infectieuses à l’avenir ?
