Ecole Doctorale

Sciences de la Vie et de la Santé

Spécialité

Biologie-Santé - Spécialité Maladies Infectieuses

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

Brucella,infection,LPS,immunosuppression,cellules myéloïdes,omentum

Keywords

Brucella,infection,LPS,immunosupresion,myeloid cells,omentum

Titre de thèse

Rôle des cellules myéloïdes péritonéales dans un modèle murin d'infection par Brucella : identification de l'omentum comme nouvel organe cible
The role of peritoneal myeloid cells in a mouse model of Brucella infection: identification of omentum as a novel target organ

Date

Jeudi 2 Décembre 2021 à 14:00

Adresse

Centre d'Immunologie de Marseille-Luminy (CIML) Marseille, France, Parc Scientifique et Technologique de Luminy, 163 avenue de Luminy, Case 906, 13288 Marseille cedex 9, France 11, amphithéâtre, CIML

Jury

Directeur de these M. Jean-pierre GORVEL Centre d'Immunologie de Marseille-Luminy (CIML) Marseille
Rapporteur Mme Suzana SALCEDO Laboratory of Molecular Microbiology and Structural Biochemistry, CNRS UMR5086,
Rapporteur M. Javier PIZARRO-CERDÁ Institut Pasteur, Unité de Recherche Yersinia
Examinateur Mme ANNE KERIEL U1047-Bacterial virulence and infectious disease
Examinateur M. Frank GALLAND Centre d'Immunologie de Marseille-Luminy (CIML) Marseille

Résumé de la thèse

Brucella abortus est une bactérie pathogène intracellulaire facultative responsable de la brucellose, une zoonose mondiale re-émergente qui affecte les animaux sauvages et domestiques. Brucella est caractérisée par sa capacité à échapper à la détection du système immunitaire de l'hôte grâce à plusieurs facteurs de virulence, dont son lipopolysaccharide (LPS), et à promouvoir sa survie et sa replication dans le système mononucléaire phagocytaire pour établir une infection chronique. Ce processus est central car il donne à Brucella la capacité de maintenir des cycles de replication-survie pendant de longues périodes dans ses organes réservoirs classiques, comme la rate, les ganglions lymphatiques et la moelle osseuse. Dans la cavité péritonéale se trouve l'omentum, un tissu graisseux richement vascularisé, qui filtre le fluide péritonéal, contient des amas de cellules immunitaires, et est considéré comme un tissu lymphoïde tertiaire. Ces caractéristiques rendent l'omentum favorable à l'établissement d'une infection chronique. Toutefois la contribution de ce tissu à la brucellose n'avait pas encore été étudié. En utilisant un modèle murin d'infection, nous avons déterminé pour la première fois que Brucella abortus se réplique dans les macrophages de l'omentum et persiste pendant la phase chronique de l'infection, démontrant son rôle comme nouveau réservoir potentiel pour la brucellose. De plus, nous avons déchiffré le statut immunitaire des cellules de la cavité péritonéale et de l'omentum du début aux phases chroniques de l'infection. Nous avons trouvé que dans les cellules myéloïdes, Brucella induit un phénotype immunosuppresseur via Programmed Death-ligand 1, PD-L1, un régulateur puissant des cellules T étudié dans les cancers humains, et Stem cell antigen-1, Sca1, un nouveau marqueur régulateur des monocytes. L'analyse des nombres et statut des cellules immunitaires de la cavité péritonéale et de l'omentum de souris infectées révèle une disparition précoce et transitoire des grands macrophages péritonéaux dans la cavité péritonéale avec une augmentation concomitante dans l'omentum et un afflux de macrophages, monocytes et neutrophiles suppresseurs exprimant PD-L1+/Sca1+ du début de l'infection aux phases chroniques dans ces deux tissus. L'injection intrapéritonéale du LPS purifié de Brucella abortus (Ba-wt) à la souris entraîne une réponse similaire, à l'inverse de celle générée par le LPS endotoxique classique d'E. coli ou par le LPS modifié de B. abortus avec un noyau externe déficient (Ba-wadC), activateur des cellules dendritiques et des lymphocytes T. Les LPSs d' E. coli et de Ba-wadC provoquent en effet tous deux une diminution des cellules immunosuppressives aux temps tardifs de stimulation, révélant un autre rôle de l'élément nucléaire du LPS de Brucella abortus dans la virulence. Des données de RNAseq de sang de patients atteints de brucellose indiquent une surexpression of PD-L1 en phase aigüe confirmant la pertinence de nos résultats et ouvrant de nouvelles perspectives thérapeutiques de traitement. Nous avons aussi identifié la chimiokine CXCL-1 comme un marqueur de la brucellose chronique humaine et montré dans notre modèle murin après stimulation par le Ba-wt LPS que le recrutement neutrophilique en phase chronique corrèle avec la surexpression tardive de CXCL-1 dans l'omentum. Ces données fournissent une explication mécanistique pour la rétention des neutrophiles PD-L1+/Sca1+ lors de la phase chronique d'infection. En conclusion, nous données dévoilent une nouvelle propriété singulière de Brucella, qui via le recrutement précoce de cellules myéloïdes suppressives PD-L1+/Sca1+ in vivo, faciliterait sa dissemination et persistence lors de l'infection dans les organes réservoirs. Ce phénotype suppresseur dépend du LPS de Brucella dont le noyau constitue un élément de virulence essentiel. Nos données ouvrent la voie à l' exploration du röle de l'omentum comme organe réservoir de Brucella dans ses hôtes naturels.

Thesis resume

Brucella abortus is a facultative intracellular pathogenic bacterium responsible for brucellosis, a worldwide re-emerging zoonotic disease affecting wildlife and livestock. Brucella is characterized by its ability to avoid host immune system recognition through several virulence factors including its lipopolysaccharide (LPS) and to promote its survival and replication mostly within the mononuclear phagocyte system to establish chronic infections. This process is central as it gives Brucella the ability to maintain replicating-surviving cycles for long periods in its classical organ reservoirs, such as spleen, lymph nodes and bone marrow. Within the peritoneal cavity, there is the omentum, a richly vascularized adipose tissue which filtrates the peritoneal fluid, contains clusters of immune cell aggregates called milky spots, and is reckoned as a tertiary lymphoid tissue. These characteristics make the omentum favorable to establish chronic infection; however the particular properties of this tissue and its contribution to brucellosis have not been investigated yet. Using a mouse model of infection, we determined for the first time that Brucella abortus replicates within omental macrophages and persists at the chronic phase of infection demonstrating its role as a potential new reservoir for brucellosis. In addition, we deciphered the status of immune cells from the peritoneal cavity and omentum from the onset to the chronic stages of infection. We have found that in myeloid cells Brucella induces an immunosuppressive phenotype mediated by Programmed Death-ligand 1, PD-L1, a potent T cell regulator widely studied in human cancers, and Stem cell antigen-1, Sca1, a novel marker of regulatory monocytes. The analysis of the numbers and status of immune cells from the peritoneal cavity and omentum of infected mice revealed an early and transient disappearance of large peritoneal macrophages in the peritoneal cavity concomitant with an increase in omentum and an influx of suppressive PD-L1+/Sca1+ expressing macrophages, monocytes and neutrophils from the onset of infection to chronic stages in both locations. Intraperitoneal injection of purified Brucella abortus (Ba-wt) LPS in the mouse drove a similar response in contrast to that generated by the classical endotoxic E. coli LPS or by a B. abortus modified LPS with a defective outer core (Ba-wadC), which efficiently potentiates dendritic cell and T cell activation. Both E. coli and Ba-wadC LPSs elicited a downregulation of these immunosuppressive cells at a late stimulation time-point, thus unraveling another role of Brucella abortus LPS core moiety in virulence. RNAseq data from brucellosis patients revealed an overexpression of PD-L1 in the blood from acute patients confirming the relevance of our results and opening an opportunity to explore new therapeutic options to treat brucellosis. We further identified the CXCL-1 chemokine as a marker of chronic brucellosis in humans and showed that the recruitment of neutrophils at the chronic stage in our mouse model upon in vivo Ba-wt LPS stimulation correlates with CXCL-1 upregulation in omentum at the late phase. These data provide a mechanistic explanation for the retention of suppressive PD-L1+/Sca1+ neutrophils at the chronic phase upon infection. Altogether, our findings unveil a novel particular property of Brucella, which through triggering early recruitment of PD-L1+/Sca1+ suppressive myeloid cells in vivo, may facilitate its dissemination and persistence during the course of infection in the organ reservoirs. This PD-L1+/Sca1+ suppressive induced phenotype is mediated by Brucella LPS, whose core constitutes an essential virulence determinant for avoiding recognition and elimination by the host immune system. Our data also establish the bases to explore the role of omentum as a reservoir organ for Brucella in its natural livestock and wildlife hosts.