Les cellules intestinales agissent comme des capteurs d’infection

Le système immunitaire détecte généralement les microbes par l’interaction chimique de molécules microbiennes caractéristiques se liant à des récepteurs cellulaires dédiés. L’activation de ces récepteurs indique la présence de types spécifiques de microbes et régule la réponse immunitaire. Un groupe de scientifiques du MIMS, basé à l’Université d’Umeå, en Suède, avec leurs collaborateurs, a maintenant découvert que la détection des forces physiques produites par une infection bactérienne peut déclencher la réponse immunitaire.

Certaines bactéries intestinales nocives peuvent franchir les limites qui séparent le tissu de son environnement environnant. Cela déclenche une réponse immunitaire inflammatoire qui protège le corps. Au cours du processus d’invasion, ces microbes intrus induisent des saillies caractéristiques appelées volants à la surface des cellules intestinales. Les protubérances poussent contre la surface cellulaire, s’enroulent autour des bactéries et finissent par les faire monter dans la cellule. Ces mouvements cellulaires produisent une force mécanique qui entraîne des changements dans la tension de surface cellulaire. La nouvelle étude montre que les cellules perçoivent ces changements de tension superficielle comme un signal d’infection. Le signal mécanique est détecté par l’action d’une protéine mécanocaptrice, PIEZO1. « PIEZO1 se répartit sur toute la surface des cellules intestinales comme un filet et fonctionne comme un système d’alarme qui s’active aux sites d’invasion bactérienne. Suite à l’activation de PIEZO1, les cellules infectées envoient des signaux d’alerte qui déclenchent la réponse immunitaire. Nos découvertes mettent en lumière un nouveau mode de détection de l’infection : alors que l’on savait auparavant que les cellules avaient un « sens de l’odorat » pour détecter chimiquement l’infection, nous montrons maintenant qu’elles ont également un « sens du toucher » en détectant physiquement les changements de force ». , déclare Andrea Puhar, auteur principal de l’étude.

Dans une étude antérieure, les auteurs ont découvert que les cellules épithéliales intestinales sécrètent une molécule appelée ATP lorsqu’elles sont infectées par certaines bactéries, telles que les pathogènes à Gram négatif. Shigelle et Salmonelle. Les cellules épithéliales intestinales agissent comme des sentinelles immunitaires car elles forment une barrière à la lumière intestinale, où résident de nombreux microbes bénéfiques, mais en même temps des microbes nocifs déclenchent l’infection après l’ingestion. Les auteurs ont montré que lors d’une infection bactérienne, l’ATP extracellulaire agit comme un signal de danger qui provoque une inflammation intestinale aiguë, une réponse immunitaire protectrice (Puhar et al., Immunité 39, 1121-1131, 12 décembre 2013).

La façon dont la sécrétion d’ATP commence pendant l’infection n’était pas connue. Utilisant Shigelle et le pathogène intestinal à Gram positif Listeria Outre les manipulations pharmacologiques et génétiques, les auteurs montrent maintenant que différents types de bactéries sont capables de déclencher la sécrétion d’ATP, à condition qu’elles soient invasives, un trait limité à certains agents pathogènes mais introuvable chez les microbes intestinaux bénéfiques. De plus, en utilisant des billes stériles de taille bactérienne qui sont absorbées par les cellules, ils ont montré qu’imiter le processus de formation des volants et les stimuli mécaniques se produisant lors de l’entrée bactérienne suffisent à déclencher la sécrétion d’ATP. Ils ont découvert que le canal cationique de la membrane plasmique intrinsèquement mécanosensible PIEZO1, qui est connu pour détecter les changements de tension de la bicouche lipidique, est nécessaire pour induire la sécrétion d’ATP lors de l’invasion bactérienne via l’influx de Ca2+ et, en outre, induit des programmes d’expression génique protecteurs. « Quand j’ai découvert que l’inactivation génétique de PIEZO1 abolissait la sécrétion d’ATP lors de l’invasion bactérienne des cellules épithéliales intestinales, nous avions des preuves très solides que PIEZO1 était important pour détecter mécaniquement l’infection et nous étions tellement excités. Ensuite, en utilisant la microscopie de cellules vivantes, ma collègue Dorothee Langenbach, post-doctorante dans l’équipe, a montré que l’influx de Ca2+ dépendant de PIEZO1 coïncide avec la formation de volants de la membrane plasmique lorsque les bactéries sont absorbées dans les cellules, et tout s’est mis en place », explique Lalitha Tadala, Doctorant au laboratoire Puhar et premier auteur de l’article.

« La détection mécanique de l’invasion bactérienne, l’une des premières étapes de l’infection, permet une détection immunitaire précoce et déclenche une réponse immunitaire ultra-rapide, ce qui offre un avantage évolutif important dans la lutte sans fin entre les microbes dangereux et notre système immunitaire. Ce mode de détection immunitaire permet de réagir spécifiquement aux pathogènes invasifs mais n’est pas activé par les bactéries bénéfiques habitant l’intestin. Il sera intéressant de voir si d’autres types d’agents pathogènes qui induisent des changements mécaniques similaires lors de l’infection sont détectés par PIEZO1 et si la voie est dérégulée lors de maladies inflammatoires. Cela déterminera si à l’avenir nous pouvons l’exploiter pour traiter des maladies infectieuses ou inflammatoires », ajoute Andrea Puhar.

Référence: Tadala L, Langenbach D, Dannborg M, et al. Le froissement de la membrane induit par l’infection déclenche un danger et une signalisation immunitaire via le mécanocapteur PIEZO1. Rapports de cellule. 2022;40(6):111173. doi : 10.1016/j.celrep.2022.111173

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