Reconnaissance bactérienne chez Drosophila melanogaster

Sébastien PILI-FLOURY

Département d’Anesthésie-Réanimation

CHU Jean Minjoz

Besançon

2/ Réaction cellulaire 3/ Activation de cascades protéolytiques

4/ Synthèse de peptides antimicrobiens

1/ Barrières physiques

Réponse anti-infectieuse chez Drosophila melanogaster

La réponse antimicrobienne systémique

Cellulesdu corps gras

DrosomycineDrosomycine

DrosocineDrosocinePP

P P

PP

P

AttacineAttacine

G G

GGGG

GG

G

G

G

G

GGG

G

GG

DiptéricineDiptéricine

PP

PPP

P

G GGG

GG

G

G G G

G

GGGG

MetchnikowineMetchnikowine

P P

PP P

DéfensineDéfensine

CécropinesCécropines

Antibactériens (Germes à Gram-négatif)

Antibactérien(Germes à Gram-positif)

Antifongique

Imd

dmIKK

dmIKKß

dTAK1

DreddDED

Relish

Rel ANK

Antimicrobial peptide genesAntimicrobial peptide genes

BBB

DD

ANK

Relish

Rel

DD

DED

dFADD

Imd pathway

?

Cactus

DIFDorsal

Rel Rel

?

Toll

TIR

Tube PelleDD

Spaetzle

ANK

Dorsal

RelNoyau

DD

dMyD88

Toll pathway

Hemolymph

DIF

Rel

DD

TIR

2 voies de signalisation contrôlent la synthèse des peptides antimicrobiens

Toll Imd

Champignons

Cocci Gram positif

Dif/Dorsal

BBB

Drosomycine

Bactéries Gram négatif

Relish

BBB

DiptericineRéponse antimicrobienne adaptée

PG :PeptidoGlycane LPS : LipoPolySaccharide LTA : Acide LipoTeichoique TA : Acide Teichoïque

PG

LipoprotéinesLipoprotéines

LTALPS

Porine

Bactérie à Gram-positif Bactérie à Gram-négatif

TA

Structure(s) candidate(s) ?

Méthodologie

1/ Ultrapurification de LPS et de PG

2/ Injection de 9,2 nL de produit

3/ Quantification de l’activation des voies Toll ou ImdPCR quantitative en temps réel

Gènes rapporteurs et dosage activité β-galactosidase

Promoteur

Dipt ou Drs gène-lacZ

0

50

100

150

200

250

300C

H20 0,5 5

500

5000

0,00

5

0,05 0,

5 5 50 500

0,00

5

0,05 0,

5 5 50 500

Act

ivit

é β

-gal

acto

sid

ase

rela

tive

(%

)

LPS ComE. coli (µg/ml)

LPS purifiéE.coli (µg/ml)

LPS purifiéS.typhi (µg/ml)

* *

Le LPS n’induit pas la Diptéricine

* p<0,05 H20 vs LPS

0

50

100

150

200

250

300

350

C

H20

0,06 0,

6 6 60 600

6000

0,04 0,

4 4 40 400

4000 0,

1 1 10 100

Act

ivit

é β

-gal

acto

sid

ase

rela

tive

(%

)

PG purifiéE.coli (µg/ml)

PG purifiéP.aeruginosa

(µg/ml)

E.coliDO600nm

*

*

**

*

*

*

*

Le PG extrait de bactéries à Gram négatif induit la Diptéricine en activant la voie Imd

0

200

400

600

800

1000

No

mb

re r

elat

if d

e co

pie

s (D

ipt/

rp49

) (%

)

WT relE20 PGRP-LCΔE

Key1 Spzrm7 PGRP-SAseml

Mutants voie Imd Mutants voie Toll

C

H20PG E.coli

0

200

400

600

800

1000

No

mb

re r

elat

if d

e co

pie

s (D

ipt/

rp49

) (%

)

WT relE20 PGRP-LCΔE

Key1 Spzrm7 PGRP-SAseml

Mutants voie Imd Mutants voie Toll

C WT relE20 PGRP-LCΔE

Key1 Spzrm7 PGRP-SAseml

Mutants voie Imd Mutants voie Toll

C

H20PG E.coliH20PG E.coli

*

*

*

* p<0,05 H20 vs PG

0

50

100

150

200

250

C

H20

0,05 0,

5 5

50

500

5000

0,05 0,

5 5

50

500

5000

0,04 0,

4 4

40

400

4000

0,05 0,

5 5

50

500

5000

Act

ivité

β-

gala

ctos

idas

e re

lativ

e (%

)

PG B. Thur.

(µg/ml)

PG B.sub.(µg/ml)

PG E. fec.(µg/ml)

PG M. lut.

(µg/ml)

*

*

*

*

*

* **

*

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

C

H2

0

0,0

5

0,5 5

50

50

0

50

00

0,0

4

0,4 4

40

40

0

40

00

0,0

6

0,6 6

60

60

0

60

00

0,0

01

0,0

1

0,1 1

10

10

0

Acti

vit

é β

-gala

cto

sid

ase r

ela

tive (

%)

PG M.lut.(µg/ml)

PG E.fec.(µg/ml)

PG E.coli..(µg/ml)

M.luteusDO600nm

Le PG extrait des Gram positifs du genre Bacillus induit la Diptéricine alors que le PG extraits des Cocci à Gram positif

induit la Drosomycine

Dipt-lacZ Drs-lacZ

**

**

*

*

*

*

*

* * *

**

*

*

* p<0,05 H20 vs PG

Structure du peptidoglycane

Meso-DAP : acide diaminopimélique : Gram négatifL-Lysine : Cocci Gram positifDAP déamidé et 3% de meso-DAP : Bacillus à Gram positif

O

O

CH3CONH

CH2OH

O

CH-CH3

CH3 CH2

CH2

CH2 CH3

CH2

CH2

CH COOHH2N

OO

CH2OH

CH3CONHHO

O

O

CH3CONH

CH2OH

O

CH-CH3

CH3 CH2

CH2

CH2 CH3CH2

CH2

CH COOHHN

O

CH2OH

CH3CONHHO

CH3

CH2

CH2

CH2

CH COOHH2N

CH2

CH2

CH-CH3

O

O CH2OHO

CH2OHO O

CH-CH3

O

O CH2OHO

CH2OHO O

OO

O

CH2OH

CH3CONHHO

O

OC

O

CH3CONH

O

CH-CH3

CH3 CH2

CH2

CH2 CH3

CO-NH-CH-CO-NH-CH-COOH

CH2

CO-NH-CH-CO-NH-CH-COOH

CH2

CO-NH-CH-CO-NH-CH-CO- CH

CO-NH-CH-CO-NH-CH-COOH

COOH

CO-NH-CH-CO-NH-CH-COOH

H2N

CO-NH-CH-CO-NH-CH-COOH

OHO

OH

CH3CONH

CH3CONH CH3CONH

CH3CONH

CH3

CO-NH-CH-CO-NH-CH-COOH

CO-NH-CH-CO-NH-CH-COOH

CO-....

GlcNac MurNac

mesoDAP (L-Lys)

GlcNac MurNac GlcNac MurNac

MurNac MurNacGlcNac GlcNac

Nod2

Nod1

Le rôle du DAP est moins important que dans le système NOD1

La digestion du PG par SltY mais pas par la muramidase produit des fragments qui

activent la voie Imd

Rôle important de l’extrémité anhydro

Le GM(anh)-tétraDAP active la voie Imd

Le GM(anh)-triDAP représente le motif minimum capable d’activer la voie Imd

Conclusion

Le PG est la principale structure bactérienne reconnu par le système immunitaire de la drosophile

La discrimination entre Gram négatif et Gram positif repose sur l’existence de formes spécifiques de PG

Le GM(anh)-tripeptide à DAP est le motif mimimum capable d’activer la voie Imd

Les éléments déterminant l’activation de la voie Imd sont :

Le troisième AA : DAP

L’existence d’une transglycosylation de l’acide muramique : importance potentielle dans la stéréospécificité de la reconnaissance

CGMBruno LemaitreFrançois LeulierCarolyn Stenbak

IBBMC-OrsayClaudine Parquet

Martine CaroffDominique Mengin-Lecreulx

Université Ewha de SeoulJi-Han Ryu

Won-Jae Lee

BesançonEmmanuel SamainPierre Tiberghien

Estelle Seilles

Remerciements

TNF-R1

TRADD

TRAF2ProCaspase-8

ApoptoseApoptose

Imd

DmIKK

DmIKKß

dTAK1

DreddDED

Relish

Rel ANK

Peptides AntimicrobiensPeptides Antimicrobiens

BBB

DD

ANK

Relish

Rel

DD

DD

DD

RIP DDFADD

DED

DDDED

MEKK3

IKKIKK

p105

Rel ANK

IB

Rel RelANK

p50 RelA

RelA

Rel

p50

Rel

BBB

Genes de l’immunitéGenes de l’immunitéGenes Anti-apoptotiquesGenes Anti-apoptotiques

DD

DED

DDDD

Caspase-8

Caspase Effectrice(Caspase-3)

dFADD

Voie TNF-R1Voie IMD

?

Voie TLR et de l’IL-1

TLRs ou IL1-R

Cactus

DIFDorsal

Rel Rel

?

Toll

TIR

Tube PelleDD

Spatzle

ANK

Dorsal

Rel

Cytoplasme

Noyau

DD

DmMyD88

Voie Toll

Hémolymphe

DIF

Rel

DD

PGRP-LC

TIRTIRTIR

IRAK

DD DDMyD88

TAK1

IKKIKK

p105

Rel

IB

Rel RelANK

p50 RelA

RelRel

TRAF6

ANK

TAB2

TAB1

BBB

Cytokines ProinflamatoiresProteins Co-stimulatrices

p50 RelA

DrosophileMammifères Mammifères

Similitudes moléculaires et fonctionnelles

Origine évolutive commune.

Concept des PAMP (« Pathogen Associated Molecular Pattern ») et PRR (« Pattern Recognition Receptor »).Janeway 1989.

Les PAMPs: Composants présents sur l’enveloppe des agents infectieux mais absents des cellules de l’hôte. Ils sont relativement invariants et indispensables à la survie des pathogènes.

Les PAMPS sont une signature de l’infection.

Les PRRs sont des récepteurs de l’hôte sélectionnés au cours de l’évolution pour reconnaître certains PAMPs.

Les PRRs permettent une discrimination du non-soi infectieux.

La reconnaissance des micro-organismes