La régulation des fimbriae de type 1 chez les Escherichia coli uropathogènes

Bessaiah, Hicham (2021). La régulation des fimbriae de type 1 chez les Escherichia coli uropathogènes Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en biologie, 298 p.

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Résumé

Les E. coli pathogènes extra-intestinaux (ExPEC) sont responsables d'un large éventail d'infections invasives chez l'homme et les animaux. Les E. coli uropathogènes (UPEC) sont le principal agent étiologique des infections du tractus urinaire (ITU). Ces infections constituent une des formes d’infection bactérienne les plus fréquentes chez l’homme et affectent annuellement des millions de personnes. Les fimbriae de type 1, codés par les gènes fim, sont l'un des facteurs de virulence les plus importants impliqués dans la pathogenèse des souches ExPEC. Par exemple, les fimbriae de type 1 sont essentiels pour la colonisation de la vessie par les UPEC, afin de stimuler directement l'invasion des UPEC dans les cellules épithéliales et aider à la formation de communautés bactériennes intracellulaires qui peuvent persister en tant que réservoirs et seront responsables des infections récurrentes. Comprendre la régulation des fimbriae de type 1 pourrait aider à identifier des nouvelles cibles thérapeutiques et à ouvrir de nouvelles avenues dans les approches thérapeutiques et préventives des ITU et d’autres infections causées par des ExPEC.

Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à comprendre davantage la régulation des fimbriae type 1 chez les UPEC. Pour déterminer les facteurs impliqués dans l'expression des fimbriae type 1, nous avons développé un système rapporteur luciférase (système lux) à simple copie fusionnée à la région promotrice de l’opéron fim, qui est situé sur un élément inversible, fimS. L’utilisation du système lux permet de mesurer l'activité des promoteurs et d'autres éléments régulateurs de la transcription, ainsi que les effets des activateurs et des inhibiteurs. Dans ce contexte, nous avons généré une banque de mutants par transposition chez la souche sauvage CFT073 portant une fusion transcriptionnelle du promoteur fimS. Les mutants générés par le transposon Tn10 ont été criblés pour le niveau de production des fimbriae type 1 suivi de séquençage à haut débit afin d'identifier des gènes qui, lorsqu'ils sont altérés, affectaient l'expression des fimbriae de type 1.

Deuxièmement, nous avons montré que yqhG, codant pour une protéine de fonction inconnue, est l’un des médiateurs importants contribuant à une diminution de l’expression des fimbriae de type 1 chez la souche CFT073. Nos résultats démontrent que la délétion de yqhG altère l'expression des fimbriae de type 1 et réduit la capacité du mutant à coloniser le tractus urinaire murin. De plus, l’atténuation de la virulence du mutant yqhG est concomitante avec la répression de l’expression des fimbriae de type 1. Nous avons démontré aussi que le mutant yqhG est plus sensible au stress oxydatif.

En dernier lieu, nous avons démontré que le petit ARN non-codant RyfA est important pour la résistance au stress oxydatif et osmotique chez les souches UPEC CFT073 et 536 et la souche d’E. coli pathogène aviaire (APEC) CH138. Nous constatons que l’inactivation de RyfA atténue la virulence à la fois de la souche CFT073 dans le modèle d’ITU murin et la souche CH138 dans le modèle septicémique aviaire. L’atténuation de la virulence de ces souches est concomitante avec la répression de l’expression des fimbriae de type 1. Par analyse transcriptomique du mutant ryfA de la souche CFT073, nous avons observé une modulation de l'expression des gènes associés aux réponses générales au stress, le métabolisme, la formation de biofilm et les gènes codant pour les structures de surface. Finalement, nous avons démontré que la perte du ryfA réduit la survie des UPEC dans les macrophages humain et murin.

Extra-intestinal pathogenic E. coli (ExPEC) strains are responsible for a wide range of invasive infections in humans and animals, often leading to sepsis. Uropathogenic E. coli (UPEC) is the main etiologic agent of urinary tract infections (UTIs). These infections are one of the most common forms of bacterial infection in humans and affect millions of people annually. Type 1 fimbriae, encoded by the fim genes, are one of the most important virulence factors involved in the pathogenesis of ExPEC strains. For example, type 1 fimbriae are essential for UPEC colonization of the bladder, to directly stimulate the invasion of UPEC into epithelial cells, and to aid in the formation of intracellular bacterial communities that can persist as reservoirs and will be responsible for recurrent infections. Understanding the regulation of type 1 fimbriae could help to identify new therapeutic targets and open up new avenues in therapeutic and preventive approaches to UTI.

First, we were interested in further understanding the regulation of type 1 fimbriae in UPEC. To determine the factors involved in the expression of type 1 fimbriae, we developed a single copy luciferase reporter system (lux system) fused to the promoter region of the fim operon, which is located on an invertible element, fimS. The use of the lux system allows the activity of promoters and other transcriptional regulatory elements to be measured, as well as the effects of activators and inhibitors. In this context, the CFT073 carrying fimS phase variable reporter was subjected to transposon mutagenesis using a Tn10. The mutants were screened for the level of type 1 fimbriae production followed by high-throughput sequencing to identify genes that affect the expression of type 1 fimbriae once they were disrupted.

Second, we showed that yqhG, encoding a protein of unknown function, is one of the important mediators contributing to a decrease in the expression of type 1 fimbriae in strain CFT073. Our results demonstrate that the deletion of yqhG alters the expression of type 1 fimbriae and significantly decreases the ability of the mutant to colonize the murine urinary tract. In addition, the attenuation of the virulence of the yqhG mutant is concomitant with the repression of the expression of type 1 fimbriae. We demonstrated that the yqhG mutant is more sensitive to oxidative stress.

Finally, we demonstrated that the small non-coding RNA RyfA is important for resistance to oxidative and osmotic stress in the UPEC strains CFT073 and 536 and the avian pathogenic E. coli (APEC) strain CH138. We demonstrated that RyfA inactivation attenuates the virulence of both strains CFT073 in the murine ITU model and strain CH138 in the avian sepsis model. The attenuation of the virulence of these strains is concomitant with the repression of the expression of type 1 fimbriae. Transcriptomic analysis of the ryfA mutant of the strain CFT073 showed a modulation of the expression of the genes associated with the general stress responses, metabolism, biofilm formation and genes encoding surface structures. Finally, we demonstrated that the loss of ryfA reduces the survival of UPEC strains in human and murine macrophages.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Dozois, Charles
Mots-clés libres:	Escherichia coli uropathogène; Infection du tractus urinaire; Volaille; Fimbriae de type 1, Adhésion, Réponse au stress; Uropathogenic Escherichia coli; Urinary tract infection; Poultry; Type 1 fimbriae; Stress response
Centre:	Centre INRS-Institut Armand Frappier
Date de dépôt:	01 juill. 2024 13:57
Dernière modification:	29 juill. 2024 13:52
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/15783

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