Ecole Doctorale

Sciences de la Vie et de la Santé

Spécialité

Biologie-Santé - Spécialité Immunologie

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

microbiote,drosophile,peptidoglycan,Rab5,Endosome,

Keywords

microbiota,drosophila,peptidoglycan,Rab5,Endosome,

Titre de thèse

Double mode de signalisation IMD/NF-кB dépendant de PGRP-LE lors d'une infection bactérienne entérique
Dual mode of PGRP-LE-dependent IMD/NF-кB signaling upon enteric bacterial infection

Date

Friday 7 October 2022 à 14:00

Adresse

172 Av. de Luminy, 13009 Marseille Hexagone Auditorium

Jury

Directeur de these M. Julien ROYET IBDM Luminy
Examinateur M. Bruno LEMAITRE Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)
Rapporteur Mme Ylva ENGSTRöM Department of Molecular Biosciences, Stockholm University
Rapporteur Mme Marie-Odile FAUVARQUE Laboratoire Biologie à Grande Échelle CEA-Grenoble
Examinateur Mme Nathali PUJOL Centre d’Immunologie de Marseille-Luminy

Résumé de la thèse

Dans la nature, les animaux cohabitent et interagissent avec les microbes et ont développé des relations étroites. Cette relation est appelée interaction hôte-microbes, les animaux étant les hôtes. Les interactions entre les microbes et leurs hôtes sont médiées par des motifs moléculaires associés aux microbes et des récepteurs de reconnaissance des motifs (RRM)de l'hôte. Le peptidoglycane (PGN) d'origine bactérienne, principal RRM chez Drosophila melanogaster, est reconnu par les récepteurs de reconnaissance du PGN (PGRP) qui déclenchent la production de peptides antimicrobiens (AMP) dépendante de l'IMD/NF-кB. Au cours des dernières décennies, les approches génétiques et biochimiques ont permis d'élucider les relations épistatiques entre les différents composants de la signalisation IMD/NF-кB activés lors de la détection des PGN par les PGRP en utilisant des rapporteurs de transcription des AMP. Cependant, outre les rapporteurs AMP, aucun autre outil moléculaire n'est disponible pour visualiser la détection des PGN par les PGRP et suivre la signalisation IMD/NF-кB dans les cellules. Les rapporteurs AMP ne sont activés que dans certaines cellules et sont visibles bien plus tard que le début de l'activation de l'IMD/NF-кB mesurée par la transcription de l'AMP par qRT-PCR. Ces approches ne permettent pas de détecter les premiers événements subcellulaires in vivo de la signalisation IMD/NF-кB. De plus, ces approches sont inadéquates pour suivre les réponses médiées par le PGN qui sont indépendantes de l'AMP. Cette thèse étudie les événements de signalisation IMD/NF-кB in vivo aux niveaux subcellulaires et leurs résultats en aval en utilisant deux lignées knock-in in-frame de PGRP-LE, un récepteur PGN intracellulaire. Les résultats ont démontré que le PGN d'origine bactérienne induit des oligomères de PGRP-LE dans les entérocytes et les cellules entéro-endocrines. L'étude plus approfondie de la dynamique d'oligomérisation du PGRP-LE et de l'activation de la signalisation IMD/NF-кB en aval a montré une corrélation entre l'apparition d'oligomères de PGRP-LE et l'activité de signalisation IMD/NF-кB. Dans la section suivante de cette thèse, des études intersectionnelles ont révélé que les oligomères PGRP-LEcolocalisent avec les endosomes précoces Rab5-positifs. De plus, des expériences génétiques ont démontré que Rab5 est essentiel à la bonne oligomérisation du PGRP-LE. Ensuite, l'analyse des conséquences en aval de l'oligomérisation PGRP-LE dépendante de Rab5 a montré une downregulation sélective des gènes cibles de IMD/NF-кB tels que les amidases, les régulateurs négatifs de la signalisation IMD/NF-кB. La dernière section de cette thèse cherche à découvrir les effets de la réduction sélective des amidases dépendante de Rab5 chez la mouche. Les résultats ont démontré une augmentation de la signalisation IMD/NF-кB systémique, caractéristique de l'absence des amidases. Dans l'ensemble, cette thèse a permis de caractériser un outil pour étudier les événements précoces de signalisation IMD/NF-кB in vivo. Dans la communauté scientifique de la Drosophile, cet outil sera précieux pour comprendre une question ouverte dans le domaine, à savoir comment le PGN dérivé des bactéries entre dans les cellules pour activer la signalisation IMD/NF-кB dépendante du PGRP-LE. En outre, cette thèse a également permis d'élucider le double mode de signalisation IMD/NF-кB dépendant du PGRP-LE, en mettant en évidence le rôle des endosomes précoces Rab5-positifs comme plateforme de signalisation pour activer des gènes cibles NF-кB sélectifs.

Thesis resume

In nature, animals co-habit and interact with microbes and have evolved tight relationships. This relationship is called host-microbes interaction, with animals being the host. The interactions between microbes and hosts are mediated, in part, via microbes-associated molecular patterns (MAMPs) and host pattern recognition receptors (PRRs). The bacterial-derived peptidoglycan (PGN), the MAMP mediating most of the interactions between Drosophila melanogaster and bacteria, is recognized by PGN recognition receptors (PGRPs) that trigger the IMD/NF-кB-dependent gene transcription. Antimicrobial peptides (AMPs) are one of the major immune effectors produced upon NF-кB activation. Over the past few decades, the genetic and biochemical approaches have elucidated the epistatic relationships among the different components of the IMD/NF-кB signaling activated upon PGN sensing by PGRPs using AMP transcriptional reporters. However, besides the AMP reporters, no other molecular tools are available to visualize PGN sensing by PGRPs to follow IMD/NF-кB signaling in cells. The AMP reporters are only activated in some cells and are visible much later than the onset of IMD/NF-кB activation measured through AMP transcription by qRT-PCR. These approaches fail to detect the early in vivo subcellular events of IMD/NF-кB signaling. In addition, these approaches are inadequate to follow PGN-mediated responses that are AMP-independent. This thesis investigated in vivo IMD/NF-кB signaling events at the subcellular levels and their downstream outcomes using two in-frame knock-in lines of PGRP-LE, an intracellular PGN receptor. The results demonstrated that bacterial-derived PGN induces PGRP-LE oligomers in enterocytes and entero-endocrine cells. The further investigation of PGRP-LE oligomerization dynamics and downstream IMD/NF-кB signaling activation showed a correlation between the appearance of PGRP-LE oligomers and IMD/NF-кB signaling activity. In the next section of this thesis, intersectional studies revealed that PGRP-LE oligomers colocalize with Rab5-positive early endosomes. Furthermore, genetic experiments demonstrated that Rab5 is essential for proper PGRP-LE oligomerization. Then the analysis of the downstream consequences of Rab5-dependent PGRP-LE oligomerization showed a selective downregulation of IMD/NF-кB target genes such as amidases, the negative regulators of the IMD/NF-кB signaling. The last section of this thesis has ventured to uncover the effects of Rab5-dependent selective reduction of amidases in the fly. The results demonstrated an increase in systemic IMD/NF-кB signaling, a hallmark of an absence of the amidases. Overall, this thesis has characterized a tool to investigate early in vivo IMD/NF-кB signaling events. In the Drosophila scientific community, this tool will be valuable for understanding an open question in the field, how bacterial-derived PGN enters the cells to activate PGRP-LE-dependent IMD/NF-кB signaling. In addition, this thesis has also unraveled the dual-mode of PGRP-LE-dependent IMD/NF-кB signaling, highlighting the role of Rab5-positive early endosomes as a signaling platform to activate selective NF-кB target genes.