Pathognse microbienne Chapitre 1 Les dterminants du pouvoir
pathogne (et donc de la maladie infectieuse) 1
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1 Le pouvoir invasif de lagent pathogne
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1-1- Transmissibilit de lagent pathogne
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Premire tape pour quune maladie infectieuse due une bactrie
exogne se dveloppe : transport de lagent pathogne vers lhte - soit
par contact direct dun hte un autre (toux, ternuement, contact
direct dun corps lautre) - soit par transmission indirecte : *
dispersion des agents par un hte infect * dpt des agents sur
diverses surfaces * transmission ensuite lhte via eau, nourriture,
objets, vecteurs anims 4
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Pntration dans lorganisme 5 3 grandes voies de pntration : -
voie arienne - voie digestive - voie cutano-muqueuse (dont la voie
sexuelle)
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1-2- Fixation de lagent pathogne
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7 Ladhsion
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Intervention dans ladhsion : Constituants superficiels de la
bactrie (adhsines) Rcepteurs cellulaires de lhte 8
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1-2-1 Rle de ladhsion
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10 Attachement du microorganisme aux muqueuses digestive,
respiratoire et urognitale afin dempcher son expulsion mcanique
(assure notamment par toux, battement des cils, pristaltisme
intestinal). Etape dpendant de la capacit du pathogne concurrencer
avec succs la microflore normale de lhte pour les lments
nutritifs
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1-2-2- Mcanisme de ladhsion
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15 - Phase 1 : interaction lectrostatique ou type forces de Van
des Waals (quand la distance est de lordre de 10 nm) entre certains
constituants superficiels (du microorganisme et des constituants de
la membrane plasmique de la cellule hte (= phase non spcifique) -
Phase 2 : interaction ( moins de 1 nm) entre fimbriae, pili,
polyosides capsulaires et rcepteurs prsents sur certaines cellules
de lhte (= phase spcifique)
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Possession par Escherichia coli dadhsines pour les cellules
urinaires : pili PapG (associs la pylonphrite, pili dont il existe
plusieurs allles). Diffrenciation des rcepteurs que d'un ou deux
rsidus osidiques : PapG reconnat au minimum un digalactoside li un
lipide de la membrane cellulaire. Chaque pilus PapG possde un
rcepteur spcifique : le type III li la vessie, le II aux circuits
d'excrtion rnale. 16
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1-2-2-1 Structures de la cellule hte mises en jeu
Phospholipides, cholestrol, glycoprotine, rcepteurs spcifiques,
protines transmembranaires, molcules de la matrice extracellulaire
17 Si spcificit dans la reconnaissance, existence dun tropisme
cellulaire Exemple : E coli possde le pili PAP reconnaissant
spcifiquement un glycolipide prsent la surface des cellules
pithliales du tractus urinaire Si spcificit dans la reconnaissance,
existence dun tropisme cellulaire Exemple : E coli possde le pili
PAP reconnaissant spcifiquement un glycolipide prsent la surface
des cellules pithliales du tractus urinaire
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18 1-2-2-2- Structures bactriennes responsables 2 groupes -
Pili ou fimbriae Fins filaments protiques (polymrisation dune sous-
unit protique : la piline) disposs tout autour de la bactrie et
termins par une adhsine capable de se fixer de faon spcifique un
rcepteur cellulaire - Adhsines non fimbriales Protines ou
lipopolyosides de la paroi de la bactrie, de la capsule permettant
un contact serr entre la bactrie et la cellule
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19 Adhsines fimbriales Adhsines afimbriales Protines ou LPS de
la membrane externe chez les bactries Gram ngatif Protines de paroi
chez les bactries Gram positif Acides teichoques, lipoteichoques
Protines ancres dans la paroi Protines liant la fibronectine (FnbA,
FnbB) Protines liant le fibrinogne (clumping factor ClfA,
ClfB)
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Lien des adhsines non fimbriales avec cellule hte - soit par
fixation directe au rcepteur cellulaire - soit par fixation des
molcules de la matrice extracellulaire compose de molcules
interagissant entre elles et avec les cellules avoisinantes
(collagne, lastine, fibrinonectine 20
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Collagne, lastine, fibinonectine = pont entre bactries et
cellules 21
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22 Bilan : structures bactriennes responsables de ladhsion -
Fimbriae (appendices protiques fibrillaires de la surface de
certaines bactries Gram -) - Pili (protines) - Capsule ou
glycocalyx (polyosides) - Couche muqueuse (glycoprotine ou
mucopolyoside) - Couche S - Acides teichoques et lipoteichoques de
la paroi (constituant de la paroi des Gram +) et LPS de la paroi
des Gram - - Hmagglutinine filamenteuse (facilite ladhrence aux
rythrocytes) - Lectine (protine)
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Les structures en jeu dans ladhsion Structure mise en jeu
Nature de la molcule Exemple de bactrieSurface de lhte Paroi Acide
lipotechoque LPS Enzymes Gly3PDH Staphylococcus aureus Salmonella
Typhimurium Streptococcus pyogenes Cellule pithliale Macrophage
MEC/cellules du pharynx Capsule/ Glycocalyx polysaccharide
Pseudomonas aeruginosa Escherichia coli Cellules pithliales
respiratoires Matriel biologique Fimbriae protineStreptococcus
parasanguis Escherichia coli enteropathogne Protines salivaires
Flagelle protinesPseudomonas aeruginosa Cellules pithliales Couche
membranaire protineVibrio choleraeCellules pithliales 23
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24 Exemple de Staphylococcus aureus Plus dune dizaine dadhsines
identifies, dont : Protine A (protine paritale se liant au facteur
de Willebrand et au fragment Fc des Ig entranant une activation
polyclonale des lymphocytes B) Protine de liaison au collagne de
type I, II et IV Protine de liaison la fibrinonectine (adhrence des
S aureus aux caillots plasmatiques et aux biomatriaux ayant un
contact prolong avec le sang) Protine de liaison au fibrinogne :
clumping factor (ClfA, ClfB) provoquant lagrgation des bactries en
prsence de plasma
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1-2-3- Consquences de ladhsion
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26 High power scanning electron micrograph of EPEC displaying
localized adherence to HEp-2 cells. Note the elongated microvilli
to which the bacteria appear to attach Scanning electron micrograph
showing microcolonies of EPEC displaying the characteristic
localized adherence pattern of adherence to HEp-2 cells.
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27 Transmission electron micrograph showing the attaching and
effacing effect. EPEC have effaced microvilli and are intimately
attached to the surface of the HEp-2 cell which responds to the
bacteria by forming the typical cup shaped pedestals.
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28 Adhsion aux cellules htes Pas deffet apparent Signal,
rgulation de molcules dadhsion intercellulaire Helicobacter pilori
E. coli Chez la bactrie : Libration de toxines et augmentation de
l'expression des gnes de virulence Invasion Salmonella spp Shigella
spp Listeria Legionella Altrations morphologiques EPEC Helicobacter
pilori Mort cellulaire, apoptose Mycoplasma spp, Yersinia
enterolitica, Helicobacter pil ori Pertes d'eau et d'electrolytes
Vibrio cholerae EPEC Induction de cytokines Helicobacter pilori En
rouge : chez la bactrie En violet : chez la cellule hte En rouge :
chez la bactrie En violet : chez la cellule hte
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CONSQUENCES CHEZ LA BACTRIE 29
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a/ Activation de gnes de virulence ncessaires la suite des
effets pathognes Exemple : cas de Yersinia pseudotuberculosis
Existence dun locus chromosomique inv codant pour une protine
invasine se liant un rcepteur des cellules pithliales, des
macrophages et des lymphocytes T 30
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Prsence de diffrents gnes Yop plasmidiques chez la bactrie
codant pour des protines membranaires altrant le cytosquelette des
cellules htes - gne Yop A codant pour une protine Yop A (Yad A)
ayant une activit dadhsine, permettant la fixation aux intgrines
prsentes sur les cellules htes (notamment les macrophages) 31
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- gne Yop H codant pour une protine Yop H ayant une activit
phosphatase, pouvant provoquer la dphosphorylation des protines de
lhte, do blocage de la phagocytose 32
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- gne YoT codant pour une protine Yop T induisant un effet
cytotoxique sur les cellules de lhte (dont les macrophages) en
inhibant ses GTP ases, do activit antiphagocytaire 33
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- gne Yop E codant pour une protine Yop E provoquant
linactivation de lactivit des GTP ases de la cellule hte, do
dpolymrisation des filaments dactine, dsorganisation du
cytosquelette et inhibition de la phagocytose 34
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Consquence de ladhsion : 1 er temps : induction de la
production du systme de scrtion de type III (Yop B et D) 2 me temps
: libration intracellulaire (injection) des protines Yop E, Yop H,
Yop T 3 me temps : effets nfastes sur la cellule. 35
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Suite ce contact de la bactrie avec une cellule hte, activation
des systmes de scrtion de type III 36
b/ Adaptation au nouvel environnement Adhsion peut entraner
selon les bactries : - soit une limitation de la croissance, - soit
une augmentation de la croissance. 38
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CONSQUENCES CHEZ LA CELLULE HTE 39
Page 40
a/ altration de la morphologie : formation du pidestal et
destruction des microvillosits par EPEC 40
http://www.bms.ed.ac.uk/research/others/smaciver/Bacter4.gif
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a/ altration de la morphologie : formation du pidestal et
destruction des microvillosits par EPEC 41 1- Gnes responsables :
-Gnes esp codant les protines Esp (EPEC secreting protein)
permettant la translocation de la protine Tir (Translocating intim
receptor) -Gne Tir codant pour la protine Tir -Gne eae codant pour
lintimine. 1- Gnes responsables : -Gnes esp codant les protines Esp
(EPEC secreting protein) permettant la translocation de la protine
Tir (Translocating intim receptor) -Gne Tir codant pour la protine
Tir -Gne eae codant pour lintimine.
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42 2 - Mcanisme
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1 er temps : adhsion locale des EPEC la surface des cellules
pithliales par leurs pili (reconnaissance par des lectines du pilus
de rsidus osidiques ports par les glycolipides ou glycoprotines
membranaires. 43
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2 me temps : scrtion des protines Esp (A et B) induisant la
translocation de la protine Tir qui sintgre dans la membrane
plasmique et permet lattachement de la bactrie la cellule pithliale
par lintimine. 3 me temps : phosphorylation des protines
ducytosquelette, flux dinositol triphosphate et de Ca2+ 44
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Consquence : rorganisation des protines du cytosquelette avec
agglomration des molcules dactine, plus de maintien des villosits
effacement des villosits et obtention dune sorte de pidestal form
dactine agglomr, d actinine et de myosine la surface de lentrocyte.
45
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46 Parfois le pidestal peut se transformer en vritable
pseudopode Parfois il peut arriver que la bactrie soit internalise,
mais elle reste enferme dans la vacuole
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Consquence : - effacement des villosits = une diminution de la
surface de la bordure en brosse et donc diminution des enzymes -
diminution de labsorption, do perte deau et diarrhes 47
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48 http://www.bms.ed.ac.uk/research/others/smaciver/Bacter4.gif
Adhsion de lintimine aux entrocytes via la protine Tir : activation
de la cellule hte - agglomration des molcules dactine, - plus de
maintien des villosits - effacement des villosits et obtention dune
sorte de pidestal form dactine agglomr, d actinine et de myosine la
surface de lentrocyte. Adhsion de lintimine aux entrocytes via la
protine Tir : activation de la cellule hte - agglomration des
molcules dactine, - plus de maintien des villosits - effacement des
villosits et obtention dune sorte de pidestal form dactine agglomr,
d actinine et de myosine la surface de lentrocyte.
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b/ modification de lexpression des molcules dadhrence
intercellulaire Exemple de Bordetella pertussis Coqueluche :
maladie des voies respiratoires strictement humaine et trs
contagieuse Transmission de la bactrie expulse par les arosols
expulss par lindividu contagieux qui tousse 49
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b/ modification de lexpression des molcules dadhrence
intercellulaire Exemple de Bordetella pertussis - Interaction grce
ses nombreuses adhsines aux cellules cilies du tractus respiratoire
et aux cellules phagocytaires. - - Interaction de lhmagglutinine
filamenteuse (FHA) lintgrine CR3 des cellules phagocytaires
conduisant un dtournement son profit dune voie de signalisation
intracellulaire. 50
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Beaucoup dagents pathognes peuvent adhrer la surface
cellulaire, mais seulement quelques uns pourront pntrer. Pour
quelques pathognes, survie et multiplication ncessitent entre dans
les cellules auxquelles ils ont adhr. Infection peut : - sarrter la
pntration dans la cellule (Shigella) - stendre plus ou moins loin
dans lorganisme (Salmonella, Listeria) 51
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1-3- Invasion
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1-3-1- Mise en vidence exprimentale
Page 54
Mise en contact de cellules en culture avec suspension de la
bactrie tudier. Croissance bactrienne Aprs croissance, lavage puis
addition dun antibiotique (gentamycine) ne diffusant pas dans les
cellules Lavage puis lyse des cellules et talement du lysat sur un
milieu slectif pour les bactries tudies 54 Protection des bactries
intracellulaires Dnombrement des bactries invasives
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3 Types de pathognes : - croissance intracellulaire obligatoire
: Chlamydiae, Brucella, Legionella, Rickettsia, Mycobacterium... -
croissance intracellulaire facultative : S. aureus, S. typhi,
Listeria, - croissance extracellulaire (avec parfois une pntration
trs transitoire) : E. coli, P. aeruginosa, Klebsiella, S.
pneumoniae 55
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Invasion obligatoire pour les bactries intracellulaires
(Mycobacterium, Rickettsia, Chlamydia, Legionella, Brucella)
Invasion facultative pour certaines bactries (Listeria, Salmonella,
Shigella, Yersinia) Invasion trs transitoire pour E coli,
Haemophilus influenzae, Streptococcus pneumoniae) afin datteindre
le tissu sous pithlial 56
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Soit la bactrie provoque sa propre internalisation (mcanisme
souvent mal connu). Dans les cas connus : - Implication de protines
de la paroi bactrienne (invasines) et de rcepteurs cellulaires
transmembranaires (intgrines) - Remaniement du cytosquelette
cellulaire (actine) - Apparition de pseudopodes - chappement au
phagolysosome ou survie lintrieur Ex. Shigella, Listeria
monocytogenes Passage de cellules en cellules (Listeria), soit la
bactrie arrive se mouvoir travers les tissus 57
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1-3-2- Mcanismes dinvasion des cellules non phagocytaires
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Mcanismes dinvasion pas toujours bien connus Description de 2
mcanismes principaux : Mcanisme Zipper : endocytose suite une
interaction entre des protines bactriennes de surface et des
rcepteurs de surface de la cellule hte ( Yersinia et Listeria)
Mcanisme Trigger : activation de lendocytose par des effecteurs
bactriens injects dans la cellule hte (scrtion de type III)
(Salmonell, Shigella) 59
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1-3-2-1 Mcanisme Trigger
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- Interaction fimbriae de type I et protine (invasome) - Action
sur le cytosquelette par des protines bactriennes qui sont
directement injectes dans la cellule hte via un systme de scrtion
de type III(gnes codant pour le systme de scrtion = gnes
chromosomiques ou plasmidiques) selon : -Formation dextrusions de
la membrane cellulaire de lhte, Augmentation du Ca2+ Rarrangement
actif des filaments dactine, do mission de pseudopodes gants
Internalisation de la bactrie dans une vacuole 61 Cercles en vert =
actine
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62 SopE/E2 et SopB vont induire lactivation du facteur
RhoGTPase (Rac, Cdc42) pour conduire le remodelage de lactine-F en
utilisant la machinerie Cre(Arp2/3). -SipA va induire la
polymerisation et le regroupement de lActine-F, SipA provoque la
dissociation de lactine-F en inhibant le facteur ADF/cofilin et
gelsolin. -SipC a la mme fonction que SipA -en internalisant SopB
gnre phosphatidyl inositol 3 phosphate (PI3P) pour se mettre sur la
macropinocytose crant plus despace pour la Salmonelle (SCVs).
SopE/E2 et SopB vont induire lactivation du facteur RhoGTPase (Rac,
Cdc42) pour conduire le remodelage de lactine-F en utilisant la
machinerie Cre(Arp2/3). -SipA va induire la polymerisation et le
regroupement de lActine-F, SipA provoque la dissociation de
lactine-F en inhibant le facteur ADF/cofilin et gelsolin. -SipC a
la mme fonction que SipA -en internalisant SopB gnre phosphatidyl
inositol 3 phosphate (PI3P) pour se mettre sur la macropinocytose
crant plus despace pour la Salmonelle (SCVs).
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1-3-2-2- Mcanisme Zipper
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Mcanisme de type Zipper Interaction directe entre une protine
de la surface bactrienne et un rcepteur de la cellule hte. Ex :
Listeria : interaction entre linternaline A bactrienne avec E-
cadhrine des cellules pithliales ou entre linternaline B bactrienne
et le rcepteur Met des hpatocytes Formation dun nombre important de
points de contact avant invagination(fermeture clair) responsables
dune cascade de signaux activant les composants du cytosquelette
64
Page 65
65
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Mcanisme de type Zipper (suite) Fermeture de la vacuole
dendocytose par dpolymrisation de lactine 66
Page 67
Quelque soit le mcanisme dinvasion, Interactions entre la
bactrie et la cellule hte Rarrangement du cytosquelette dactine de
la cellule par induction des cascades de signal cellulaire
responsable de la formation de la vsicule dendocytose. 67
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1-3-3- Devenir des bactries dans les cellules envahies
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69 Les bactries pathognes peuvent envahir les cellules non
phagocytaires comme les cellules pithliales par deux types de
mcanismes: zipper et trigger . Aprs son internalisation, la bactrie
peut survivre lintrieur de la vacuole dendocytose (Salmonella,
Legionella) ou chapper dans le cytoplasme cellulaire (Shigella,
Listeria)
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1-3-3-1- chappement dans le cytoplasme cellulaire
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71 Aprs entre dans la cellule, lyse de la membrane de la
vacuole par la listriolysine Bactries libres dans le cytoplasme
cellulaire Interaction de la bactrie avec le cytosquelette et
polymrisation de lactine cellulaire Dplacement de la bactrie qui va
pouvoir aller envahir dautres cellules et essaimer dans tout
lorganisme Cas des Listeria
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72
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73
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1-3-3-2- Survie et multiplication dans la vacuole (ex :
Legionella)
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Facteur cl du pouvoir pathogne de Legionella pneumophila
provient de sa capacit survivre et se multiplier dans les
macrophages et les monocytes humains. 75
Page 76
Deux loci distincts participent ce processus : - le locus dot
(defective organelle trafficking), intervenant dans trois processus
cruciaux pour le pouvoir invasif de la bactrie - le locus icm
(intracellular multiplication), ncessaire pour la multiplication
bactrienne lintrieur du phagosome et intervenant galement dans la
lyse du macrophage. Lensemble de ces gnes va permettre la survie et
la multiplication de L. pneumophila dans le phagosome en suivant la
squence suivante 76
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Rle des produits du locus dot (defective organelle trafficking)
pour le pouvoir invasif de la bactrie : * inhibition de la fusion
phagosome- lysosome, * recrutement et fusion des organites
cellulaires avec le phagosome, * multiplication intracellulaire de
L. pneumophila 77
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78 Phagocytose par enroulement Phagosome sentourant de vsicules
Phagosome sentourant de ribosomes Pas de fusion des phagosomes avec
les lysosomes Multiplication des bactries dans le phagosome,
augmentation de volume jusqu sa rupture librant de nombreuse
bactries
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79
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Internalisation : moyen de dissmination pour les bactries
pathognes mais aussi un moyen pour chapper aux contraintes
environnementales comme les dfenses de la cellule hte et le milieu
qui lhberge souvent (acidit...) 80
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1-3-4- Mcanismes dinvasion extracellulaire
Page 82
Production de facteurs de virulence favorisant linvasion des
tissus sans passer par une tape intracellulaire : les collagnases :
ex Clostridium spp qui dgrade le collagne du tissu conjonctif
llastase qui hydrolyse la laminine associe aux membranes basales ex
: Pseudomonas aeruginosa. la hyalurodinase des Streptocoques et
Staphylocoques dtruisant lacide hyaluronique la streptokinase :
Streptocoques se fixant au plasminogne, il active la production de
plasmine digrant ainsi la fibrine des caillots. 82
Page 83
1-4- Colonisation et maintien dans lorganisme
Page 84
1-4-1- Facteurs dacquisition de la nourriture
Page 85
Ncessit de trouver chez lhte un environnement appropri : lments
nutritifs, pH, temprature, potentiel rdox Dveloppement par beaucoup
dagents de mcanismes labors de collecte des lments nutritifs
(exemple bien connu : mcanisme dacquisition du fer car carence en
fer (
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Mcanisme dacquisition du fer Si prsence directe dions Fe2+ dans
le milieu : * diffusion du Fe2+ travers les porines de ME * Prise
en charge par des transporteurs pour traverser la MI Exemple
dadaptation bactrienne aux organes coloniss : systme dvelopp par
Salmonella enterica et Helicobacter pylori, pathognes
respectivement de lintestin et de lestomac, organes dans lesquels
le fer est sous forme Fe2+ 86
Page 87
Si le fer est squestr -Fixation directe du Fe III de la
lactoferrine, de la transferrine ou de lhmoglobine grce des
rcepteurs spcifiques Ex. TbpA/tbpB, LbpA/LbpB et HpuA/HpuB chez
Neisseria spp. -Scrtion de sidrophores (chlateurs des ions Fe3+) ou
dhmophores inductibles en milieu et de rcepteur de surface
permettant lentre dans la cellule Ex. arobactine chez E. coli,
Shigella et Salmonella pyoverdine et pyochline chez P. aeruginosa
aurochline chez S. aureus 87
Page 88
88 Fixation directe du Fe III squestr Rcepteurs diffrents
Page 89
89 Fixation indirecte via sidrophore et rcepteur
Page 90
90 Fixation indirecte via hmophore et rcepteur
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1-4-2- Mcanismes dchappement au systme immunitaire
Page 92
92 Echappement aux dfenses immunes de lhte Inhibition de la
phagocytose Survie dans les phagocytes Lyse des phagocytes Tolrance
Variation antignique Inhibition de la prsentation Ag Inhibition de
lopsonisaation Inhibition ou stimulation cytokines Inhibition de
lactivation du complment Activation inapproprie des C T Induction
apoptose SINS Immunit inne SIS ( Immunit adaptative )
Page 93
1-4-2-1- Rsistance linternalisation par les phagocytes
Page 94
Exemples : Capsule de Streptococcus pneumoniae Protines
effectrices Yop scrtes par Yersinia aprs ladhsion Coagulase
produite par Staphylococcus aureus (caillot sanguin autour de la
bactrie lui permettant dchapper la phagocytose) Protine A de
Staphylococcus aureus fixant les Ig par leur fragment Fc et
empchant ainsi la phagocytose 94
Page 95
1-4-2-2- Survie et multiplication dans les phagocytes
Page 96
Exemples clatement du phagosome (ex : production de
listriolysine O lysant la membrane du phagosome) Rsistance aux
enzymes lysosomiales et aux peroxydes par production de catalase et
de superoxyde dismutase (Staphylococcus aureus Listeria,
Rickettsie, ) Blocage de la fusion du phagosome avec les lysosomes
(Mycobacterium, Legionella, Chlamydiae ) 96
Page 97
1-4-2-3- Induction de lapoptose
Page 98
Apoptose: en 1 er lieu : perte de contact de la cellule en
apoptose avec les cellules environnantes En 2 me lieu : diminution
du volume cellulaire par condensation du cytoplasme et du noyau. Au
niveau des organites, cest la mitochondrie qui subit le plus de
modifications : relargage du cytochrome c dans le cytoplasme,
diminution du potentiel membranaire et adressage de protines pro-
ou anti-apoptotiques la membrane mitochondriale. La condensation du
noyau et de la chromatine aboutit la fragmentation de lADN en
fragments de 150-200 paires de bases. De plus modification de la
membrane 98
Page 99
Aptitude dun grand nombre de bactries causer l'apoptose de
leurs cellules cibles et ainsi : - de supprimer des cellules du
systme immunitaire inn comme les macrophages, afin de maintenir
leur survie dans le tissu infect - de dmarrer un processus
inflammatoire. 99
Page 100
Exemple : cas de Shigella, bactrie ayant la capacit de
programmer la mort du macrophage qu'elle infecte : - mort
apoptotique de la cellule par activation de caspase-1, une cystine
protase capable d'activer l'IL-1 et de causer lapoptose 100
Page 101
1-4-2-4- chappement la rponse immunitaire
Page 102
Exemples - Production de protases des Ig A par Neisseria et
Streptococcus - Masquage des Ag bactriens par liaison des protines
de lhte (fibrinonectine, collagne, hparine, transferrine) :
Staphylococcus, Neisseria - Fixation des Ig G par leur fragment Fc
empchant leur rle dopsonisation - Variation antignique des
structures de surface de la bactrie (certaines espces de Salmonella
et gonocoques) - Mimtisme molculaire - Inhibition d e la production
dAc (ex : Pseudomonas aeruginosa stimulant les LT suppresseurs
inhibant les LB 102
Page 103
Mcanisme de variation molculaire de la piline des gonocoques
103 Recombinaison homologue entre un gne silencieux pilS et un gne
actif pilE
Page 104
2 Le pouvoir toxinogne de lagent pathogne
Page 105
Toxine (toxicon poison ; premire toxine dcouverte : toxine
diphtrique par Roux et Yersin en 1888 ) Bibliographie : chap 34 de
Prescott, Roitt et Bacterial Disease mechanism 105
Page 106
2-1- Quelques gnralits
Page 107
2-1-1- Dfinition
Page 108
Toute substance protique ou peptidique simple ou complexe
(glycoprotines, glycopeptides, lipoprotines, lipopeptides), ainsi
que macromolcules lipopolyosidiques dorigine bactrienne, capables
des doses trs faibles (gnralement comprises entre 10 -2 et 10 -6
mg) de provoquer la mort dun organisme vivant (mammifres le plus
souvent), ou dinduire in vivo ou in vitro des dsordres
pathologiques irrversibles ou rversibles au niveau dorganes, de
tissus, de cellules ou de liquides biologiques dun tel organisme.
108
Page 109
Si troubles dus uniquement la toxine (en labsence mme de la
bactrie) : intoxination Si troubles dus la bactrie + toxine : toxi-
infection 109
Page 110
2-1-2- Implication des toxines dans les maladies
infectieuses
Page 111
2-1-2-1- Critres du rle effectif de la toxine
Page 112
Production effective de toxines par la bactrie infectante
Reproduction dun ou de plusieurs des effets biologiques ou symptmes
majeurs observs au cours de la maladie lors de linjection de la
toxine ou des toxines Reproduction par la ou les toxine(s) in
vitro, au contact dorganes, de tissus ou de cellules isoles, de
certaines manifestations physiopathologiques, biochimiques ou
mtaboliques observes chez lhte infect (par exemple : hmolyse,
lsions histologiques, production deffecteurs impliqus dans le
syndrome clinique....) 112
Page 113
Capacit de la bactrie toxinogne infectante pouvoir, pour
certains syndromes, provoquer les manifestations de la maladie
partir dun foyer localis, sans multiplication excessive ou
extensive, les organes, tissus ou cellules cibles se trouvant
distance du foyer infectieux. La bactrimie doit, au site daction de
la toxine, tre nulle ou non significative Compatibilit de la
concentration effective en toxines dans lorganisme de lhte infect
et le (ou les) site(s) daction de la avec les donnes de la maladie
naturelle. 113
Page 114
2-1-2-2- Quelques pathologies avec rle essentiel (sinon unique)
des toxines
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115 Exemples de pathologies dans lesquelles la (ou les)
toxine(s) produite(s) joue(nt) un rle essentiel
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2-1-3- Classification des toxines
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2-1-3-1- Classification topologique de Raynaud et Alouf
(classification plutt obsolte)
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Toxines associes en permanence la bactrie : - groupe comprenant
les toxines intracytoplasmiques, les toxines membranaires et les
toxines paritale - groupe regroupant environ 30 % des toxines
bactriennes caractrises ce jour ; Toxines extracellulaires : -
groupe comprenant les exotoxines vraies et celui des toxines
localisation mixte intra et extracellulaire, - groupe regroupant
environ 70 % des toxines bactriennes caractrises ce jour. 118
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2-1-3-2- Classification biochimique
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120 Toxines protiques Toxines lipopolyosidiques (LPS) de la
membrane externe de la paroi des bactries Gram -
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2-1-3-3- Classification pharmacologique (classification en
fonction du tropisme ou de la symptomatologie anatomo-clinique
observe)
2-1-3-4- Classification selon le mode daction cellulaire sur la
cellule cible
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Toxines agissant depuis la surface cellulaire - Toxines
activant des rcepteurs membranaires de la cellule cible ; - Toxines
formant des pores travers la membrane de la cellule cible ; Toxines
mode d'action intracellulaire - Toxines qui devront traverser la
membrane cellulaire (A-B toxine) - Toxines injectes 124
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125
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2-2- Les toxines lipopolyosidiques (glucolipidoprotiques)
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Constituants de la cellule bactrienne : lipopolyosides de
lenveloppe externe Toxines restant attaches la bactrie et libres
uniquement lors de sa lyse : endotoxines 127
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128
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2-2-1- Structure
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130
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131 Lipide A comportant le plus souvent deux oses (glucosamine)
portant 2 groupes phosphates lis un nombre variables dAG intgrs
dans la paroi
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132 Core polyosidique (avec 2 glucides nexistant que chez les
bactries endotoxines, certaines plantes et algues (1 heptose et le
KDO acide 3-dsoxy-D-manno-2octulosonique))attach au lipide A dans
la MI
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133 Ag O Longue chane polyosidique, synthtise indpendamment,
sattachant au lipide A core quand la synthse est termine, avant
insertion dans la ME. UN noyau interne + un noyau externe + chaine
O-spcifique compose dune zone rpte 3 8 glucides. Chaine variable
selon les espces
Page 134
2-2-2- Principales caractristiques
Page 135
135 Action non spcifique : toutes les toxines LPS donnent
quasiment les mmes troubles Toxicit une dose souvent importante
Thermostable le plus souvent Immunognicit : assez faible (difficile
dobtenir des antitoxines) Impossibilit de les transformer en
anatoxine (substance ayant perdu son pouvoir toxique, mais ayant
conserv son pouvoir immunogne)
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2-2-3- Troubles induits
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137 Faibles doses : maux de tte, malaises, fivre dans la heure
avec max 3 heures, Leucopnie (chute de 40 % des leucocytes) Forts
doses : choc septique caractris par : Perturbations vasculaires :
vasodilatations, fuite de plasma vers les tissus, hypotension et
hypovolmie, retour veineux fortement diminu pouvant tre mortelles
Troubles de la coagulation
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- Fixation du LPS sur une protine fixatrice : la LBP (LPS
binding protein) - Fixation du complexe LPS-LBP sur des rcepteurs
spcifiques - rcepteur CD14 (prsent en surface des Macrophages ou
sous forme soluble en circulation permettant aux cellules
endothliales sans CD14 de rpondre au LPS - rcepteur TLR-4
(Toll-like- receptor) - Scrtion par les macrophages de cytokines
proinflammatoires (IL1, IL6, IL8, TNF, PAF) 138
Page 139
- Activation par les cytokines proinflammatoires de de leurs
cellules cibles respectives aprs fixation sur leurs rcepteurs
spcifiques - Induction de la production de mdiateurs de
linflammation (prostaglandines, leukotrines) et activation des
cascades du complment et de la coagulation - Effets
physiopathologiques (fivre, hypotension gnralise, CIVD, diarrhe,
ventuellement coma et mort) 139
Page 140
2-3- Les toxines protiques
Page 141
Groupe trs htrogne par : - leur structure, - leur mode daction,
- le type de microorganisme scrteur, - leur site daction, - les
troubles induits. 141
Synthtises par des bactries spcifiques (contenant souvent un
plasmide ou un prophage porteur du gne de la toxine) Souvent
thermolabiles (inactives entre 60C et 80C) avec une exception
notable : lentrotoxine staphylococcique Fort pouvoir toxique pour
certaines (toxine botulinique par exemple) Induction de troubles
spcifiques Fortement immunognes Transformables pour certaines en
anatoxines 145
147 Dfinition dune anatoxine : toxine ayant perdu son pouvoir
toxique mais ayant conserv son pouvoir antignique Obtention
danatoxines : action du mthanal (formol) pendant 30 40 jours 40C
Intrt des anatoxines : utilisation pour vacciner (anatoxine
diphtrique, anatoxine ttanique).
Page 148
Consquence du pouvoir immunogne Possibilit dinjecter lanatoxine
des animaux (lapin, cheval.) Synthse dAc spcifiques par lanimal
Recueil du sang et purification des Ac contenus dans le plasma
Injection possible des Ac des personnes contamines ou susceptibles
dtre contamines afin de leur permettre de ne pas avoir de troubles.
148 Applications : - srum antittanique - srum antibotulinique
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149
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150
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2-3-3- Mode daction
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Toxines agissant depuis la surface cellulaire - Toxines
activant des rcepteurs membranaires de la cellule cible ; - Toxines
formant des pores travers la membrane de la cellule cible ; Toxines
mode d'action intracellulaire - Toxines qui devront traverser la
membrane cellulaire - Toxines injectes 152
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2-3-3-1- TOXINES ACTIVANT DES RCEPTEURS MEMBRANAIRES DE LA
CELLULE CIBLE 153
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Toxine agissant de lextrieur Deux groupes de toxines : Toxines
considres comme superantignes, Toxines agissant au niveau de la
transduction de messages via le GMPc en activant la guanylyl
cyclase. 154
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A/ Toxine activit superantignique (exemple des entrotoxines
staphylococciques) Prsence sur les entrotoxines staphylococciques
de deux sites distincts dinteraction : un premier site dinteraction
avec certaines molcules du complexe majeur dhistocompatibilit de
type II un deuxime site de liaison avec certains domaines variables
du TCR. 155
Page 156
156 Consquence : activation non spcifique d'un grand nombre de
lymphocytes T auxiliaires, do scrtion massive d'interleukines sont
responsables des signes cliniques. Alors que, pour un antigne
conventionnel, la population lymphocytaire T auxiliaires active
reprsente en moyenne 0,5 % de la population lymphocytaire T
auxiliaires totale, les superantignes peuvent activer jusqu' 25 %
de la population lymphocytaire T auxiliaire.
Page 157
B/ Toxine B/ Toxine activant un rcepteur membranaire prsentant
une activit guanylate cyclase : exemple de l'entrotoxine
thermostable ST du pathovar ETEC 157 Entrotoxine thermostable ST :
entrotoxine -peptidique produite par les souches d'Escherichia coli
classes dans le pathovar ETEC (principaux srovars : O6, O8, O15,
O20, O25, O27, O63, O78, O80, O85, O115, O139, O148, O153, O159,
O167). agents causals de la classique diarrhe du voyageur
(turista), diarrhe en gnral peu svre, faite de selles hydriques,
associe des douleurs abdominales, des nauses, parfois des
vomissements et peu ou pas de fivre, - thermostable code par des
gnes plasmidiques
Page 158
158 Rcepteur de la ST : - protine transmembranaire activit
guanylate cyclase prsente au ple apical des cellules pithliales
intestinales, - protine dont les ligands endognes sont : * la
guanyline * et luroguanyline PKG : Protine Kinase G PKA : Protine
Kinase A PDE : Phosphodiestrase CFTR : Cystic Fibrosis
Transmembrane Regulator
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159 Liason toxine et rcepteur : - augmentation incontrle de
lactivit enzymatique du rcepteur - augmetation de la concentration
cytosolique en GMPc - phosphorylation des transporteurs
membranaores, tout particulirement le CFTR.
Page 160
160 Consquences : - excrtion continue dions Cl - - inhibition
des labsorption des ions Na + et Cl - - fuite osmotique deau vers
la lumire intestinale
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2-3-3-2- TOXINES FORMANT DES PORES TRAVERS LA MEMBRANE
CELLULAIRE 161
Page 162
- Scrtion de la grande majorit de ces toxines sous une forme
monomrique hydrosoluble. - Reconnaissance par la toxine d'un
rcepteur membranaire spcifique la surface de la cellule cible
conduisant sa fixation et l'oligomrisation d'un nombre variable de
sous-units monomriques. - Dmasquage de rgions de la protine
permettant linsertion dans la membrane et la formation du pore. -
Effets sur la cellule cible sont fonction de la taille des pores et
de leur permabilit slective. 162
Page 163
Deux grands groupes : a) les toxines liant le cholestrol ; b)
les toxines motif RTX (Repeat in ToXin). 163
Page 164
164
Page 165
A/ Toxine A/ Toxine liant le cholestrol Toxines, produites
principalement par des bactries Gram positif (listeriolysine de
Listeria monocytogenes, pneumolysine O de Streptococcus pneumoniae,
Streptolysine O de Streptococcus pyogenes, perfringolysine O de
Clostridium perfringens, cereolysine O de Bacillus cereus) Toxines
prsentant plusieurs caractristiques communes 165 Pourquoi le O ?
Oxygne labile
Page 166
Caractristiques communes rcepteur membranaire : cholestrol ;
protines de masse molculaire gnralement comprise entre 50 60 kDa et
scrtes sous forme monomrique soluble ; Toxines "thiol activables :
inactives ltat oxyde, loxydation de la fonction thiol abolissant la
possiblit de liaison de la toxine au cholestrol. On retrouve ainsi
rgulirement la lettre O dans le nom de ces toxines, O pour "Oxygen
labile". 166
Page 167
Caractristiques communes (suite) Activit cytotoxique vis--vis
de toutes les cellules eucaryotes. Rgulirement qualifies
d'hmolysines, l'activit cytotoxique tant souvent tudie sur les
hmaties (la streptolysine O est ainsi responsable de la -hmolyse
observe in vitro sur glose au sang lors de la culture de souches de
Streptococcus pyogenes). 167
Page 168
Hmolyse : Zone dhmolyse autour de colonies de Streptococcus
pyogenes sur glose au sang Action de la lcithinase, une
phospholipase atour des colonies de Clostridium perfringens dans un
milieu glos bse de jaune duf, riche en lcithine. La lcithinase
dgrade la membrane des hmaties 168
Page 169
Exemple de la Streptolysine O Protine de masse molaire gale
61,5 kg.mol -1, Protine scrte sous forme monomrique par
Streptococcus pyogenes ainsi que par certaines souches de
Streptococcus des groupes C et G. 169
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Formation des pores par la streptolysine O Fixation d'un
monomre sur une molcule de cholestrol Insertion de la rgion
C-terminale dans la membrane. Dplacement des molcules
phospholipidiques, processus ATP indpendant et dont l'nergie
requise provient des changements conformationnels de la toxine.
Formation de dimres interagissant ensuite pour s'insrer dans la
membrane et former un pore constitu de 35 50 monomres. 170
Page 171
B/ Toxine B/ Toxine RTX (Repeat in Toxin) Toxines, produites
principalement par des bactries Gram ngatif ( hmolysine
dEscherichia coli pathovar UPEC, pathovar EHEC, pathovar EAggEc,
adnylate cyclase hmolysine de Bordetella pertussis, hmolysine de
Proteus vulgaris .. ) 171 Rptition des AA dans la queue C
terminale
Page 172
Cas de l hmolysine d Escherichia coli - Protine dont la partie
C-terminale prsente douze rptitions de la squence nonapeptidique. -
Toxine fonctionnelle aprs acylation post traductionnelle Activit de
ces toxines est Ca 2+ dpendante, la squence RTX tant implique dans
la liaison aux ions calcium ; Pore form dans la cellule cible
prsente un diamtre intrieur moyen de 2 nm environ Mort de la
cellule par lyse osmotique 172
Toxines composes de 2 sous-units (arrangements AB) : A
(activity) qui porte l'activit enzymatique B (binding) qui permet
la liaison un rcepteur membranaire spcifique et la translocation de
l'enzyme Diffrentes activits : ADP-ribosyltransfrase
Glycosyltransfrase (toxines de C. difficile) N-glycosidase (toxine
de S. dysenteriae et toxines SLT dE. coli EHEC) Endopeptidase
Zn-dp. : Neurotoxines botuliniques, Toxine ttanique Adnylate
cyclase Dsaminase 176
Page 177
177
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A/ Caractristiques structurales de ces toxines Diffrentes
structures A+B : 2 protines qui interagissent la surface de l'hte
A-(5)B : 2 sous-units synthtises indpendamment, et associes de faon
non-covalente lors de la scrtion et liaison hte 5B domaine de
liaison compos de 5 sous-units identiques A/B 1 seul polypeptide,
compos de 2 domaines pouvant tre spars par protolyse 178
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179
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B/ Attachement et entre de la toxine Entre directe Endocytose
180
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Entre directe Liaison de la sous unit B un rcepteur membranaire
spcifique, induisant formation d'un pore dans la membrane,
Transfert de la sous unit A dans le cytoplasme Exemple : entre de
la toxine activit adnylate cyclase de B. pertussis prfrentiellement
du ct baso-latral 181
Page 182
Entre par endocytose Liaison de la toxine au rcepteur via la
sous unit B Internalisation de la toxine dans un endosome Entre de
H+, do diminution du pH --> sparation toxine : la sous unit B
restedanslendosome puis recyclage de la sous unit A la surface
Transport de la sous unit A transporte vers organites spcifiques
avant d'tre libre dans le cytosol et la ralisation de son activit
182 Exemple : toxine charbonneuse (anthrax)
Page 183
183 Entre de la toxine diphtrique
Page 184
C/ Mode daction des toxines activit intracellulaire 184
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C1/ Mode daction des toxines activit ADP ribosyl phosphate
Exemple de la toxine cholrique Protine de masse molculaire de 85,5
kDa Protine constitue d'une sous-unit A (masse molculaire 27 kDa,
240 acides amins) et de cinq sous-units B (masse molculaire 11,7
kDa, 103 acides amins) Toxine excrte aprs la fixation de Vibrio
cholerae sur les entrocytes de l'intestin grle : lors de
l'excrtion, la sous-unit A subit une protolyse limite et est clive
en deux fragments nots A1 (acides amins 1 194) et A2 (acides amins
195 240), fragments qui restent relis par l'intermdiaire d'un pont
disulfure. La sous-unit A1 porte l'activit catalytique ADP-ribosyl
transfrase de la toxine. 185
Page 186
186 Rcepteur GM1 : monosialoganglioside
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188 L'exotoxine est excrte aprs la fixation de Vibrio cholerae
sur les entrocytes de l'intestin grle. Lors de l'excrtion, la
sous-unit A subit une protolyse limite et est clive en deux
fragments nots A1 (acides amins 1 194) et A2 (acides amins 195
240), fragments qui restent relis par l'intermdiaire d'un pont
disulfure. La sous-unit A1 porte l'activit catalytique ADP- ribosyl
transfrase de la toxine.
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189 Suite la liaison des sous- units B au rcepteur spcifique,
la toxine cholrique est internalise dans la cellule intestinale.
Celle-ci suit ensuite un long trajet rtrograde jusqu'au rticulum
endoplasmique. Aprs son transfert dans les endosomes de tri, la
toxine cholrique est adresse au rseau trans-golgien, puis
l'appareil de Golgi, pour atteindre le rticulum endoplasmique. Pour
induire ce transport rtrograde, la toxine cholrique dtourne son
profit l'appareil de rtention des protines rsidentes du rticulum
endoplasmique.
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190 La sous-unit A1 ralise alors l'ADP ribosylation de la
protine Gs lie l'adnylate cyclase membranaire. Cette modification
post-traductionnelle rduit l'activit GTPasique intrinsque de la
protine Gs, la rend constitutivement active et provoque
l'activation de l'adnylate cyclase, ce qui se traduit par une
augmentation de la concentration en AMPc intracellulaire. Ce second
messager active son tour une protine kinase A qui viendra
phosphoryler plusieurs canaux ioniques, modifiant leur activit.
C'est en particulier le cas de la protine CFTR. Il s'ensuit une
scrtion importante d'ions chlorure et, par osmose, d'eau en
direction de la lumire intestinale. Une personne peut perdre dans
les cas extrmes jusqu' 20 litres d'eau par jour.
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Lit pour personnes souffrant de cholra 192
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Lit pour personnes souffrant de cholra 193
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C2/ Mode daction des toxines activit ARN glycosidase Exemple
shigatoxine de Shigella dysenteriae Protine d'une masse molculaire
de 70,7 kDa constitue d'une sous-unit A et de cinq sous- units B
Lors de l'excrtion, protolyse limite de la sous- unit A clive en
deux fragments nots A1 et A2, fragments qui restent lis par
l'intermdiaire d'un pont disulfure. Activit catalytique ARN
glycosidase de la toxine porte par la sous-unit A1. 194
Page 195
Reconnaissance spcifique par les sous-units B des glycolipides
et tout particulirement le globotriaosylcramide. Endocytose de la
shigatoxine, principalement ralise par la voie clathrine dpendante,
mais il est vraisemblable que la shigatoxine puisse emprunter
plusieurs voies distinctes d'endocytose. Aprs son adressage au
rseau trans-golgien puis l'appareil de Golgi, la shigatoxine est
adresse au rticulum endoplasmique. Modalits du passage de la
shigatoxine de l'appareil de Golgi au rticulum endoplasmique sont
encore peu comprises. 195
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Cible molculaire de la Stx : rsidu adnosine 4324 de l'ARN
ribosomal de la sous-unit 28S. Consquences : arrt de la synthse
protique Puis la mort cellulaire par apoptose. 196
Page 197
Cas des Shigalike toxin Production parmi l'espce Escherichia
coli dune toxine note Shigalike Toxin, prsentant des homologies de
squence avec la shigatoxine et catalysant la mme raction (mme cible
molculaire). Les EHEC sont appels aussi STEC : Shigalike Toxin
Escherichia Coli. Cette toxine est par ailleurs trs tudie pour ses
proprits de lyse in vitro des cellules Vero, d'o le nom de VTEC
(Vero Toxin Escherichia coli) parfois utilis pour dnommer les EHEC.
197
Page 198
C3/ Mode daction des toxines activit mtalloprotasique Zn 2+ Cas
de la toxine botulinique Neurotoxines produites par les souches
toxinognes de Clostridium botulinum et dans une moindre mesure par
certaines souches de Clostridium butyricum et Clostridium barati.
Neurotoxines restant dans le priplasme et libres lors de la lyse de
la bactrie. Caractrisation de sept neurotoxines botuliniques
distinctes notes de A, B, C1, D, E, F, G produites par diffrentes
souches de Clostridium botulinum scrteurs de toxines. 198
Page 199
C3/ Mode daction des toxines activit mtalloprotasique Zn 2+ Cas
de la toxine botulinique Neurotoxines ayant un tropisme absolu pour
la jonction neuromusculaire, o elles se fixent. Fixation suivie de
linternalisation de la neurotoxine et de son activation. Toutes les
neurotoxines botuliniques, ainsi que la toxine ttanique, sont des
mtalloprotases Zn 2+. La protolyse mnage de la ou des protine(s)
cible(s) conduit larrt des processus dexocytose et au blocage de la
libration de lactylcholine. 199
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200
Page 201
201 Toxine botulinique responsable du clivage des protines
permettant la liaison des vsicules dactylcholine la membrane lors
de larrive dun potentiel daction Consquences : - Absence de liaison
des vsicules la membrane de laxone - Pas de libration de
lactylcholine dans lespace intersynaptique - Absence de
transmission du potentiel daction du neurone au muscle - Absence de
contraction des muscles Paralysie flasque de tous le corps et mort
de la personne par asphyxie (paralysie des muscles
respiratoires)
Page 202
novembre 2006Cellule procaryote202
Page 203
203
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204 Action de la toxine ttanique
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Les modes de scrtion des toxines 205
Page 206
Facteur de virulence dans la pathognse des Salmonella 206
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Comparaison exo- et endotoxines 207
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2-4- Utilisation des connaissances sur les toxines
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2-4-1- Utilisation prophylactique et thrapeutique
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2-4-1-1- VACCINATION 210
Page 211
Vaccination : procd consistant introduire un agent extrieur (le
vaccin) dans un organisme vivant afin de crer une raction
immunitaire positive contre une maladie infectieuse. maladie
infectieuse Substance active du vaccin : antigne destin stimuler
les dfenses naturelles de l'organisme (le systme immunitaire).
Substance activeantignesystme immunitaire 211
Page 212
Raction immunitaire primaire : outre la synthse dAc spcifiques
de lagent vaccinant mise en mmoire de l'antigne prsent pour
quensuite, lors d'une contamination vraie, l'immunit adaptative
puisse s'activer de faon plus rapide. Diffrents types de vaccins
selon leur prparation : agents infectieux inactivs, agents vivants
attnus, sous-units dagents infectieux, anatoxines. 212
Page 213
213
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A/ VACCINATION PAR ANATOXINES 214
Page 215
Anatoxine : toxine protique inactive (chaleur et mthanal) dont
le pouvoir antignique a t conserv Besoin dadjuvants Vaccin
antittanique et antidiphtrique 215
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216
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B/ VACCINATION PAR TOXINES DTOXIFIES PAR MUTAGNSE (EX :
COQUELUCHE) 217
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Initialement vaccination par des vaccins cellulaires, composs
d'extraits bactriens de Bordetella pertussis, a fortement diminu
l'incidence de la coqueluche, mais existence deffets secondaires.
Recherche de nouveaux vaccins acellulaires, composs d'adhsines,
telles que l'hmagglutinine filamenteuse et la pertactine, et de la
toxine de pertussis dtoxifie. 218 Toxine activit intracellulaire
(ADP ribosyl transfrase)
Page 219
Dtoxification de la toxine par gnie gntique Changement
spcifique de rsidus impliqus dans l'activit enzymatique (perte de
lactivit enzymatique)et dans l'activit de liaison aux cellules
cibles sans modifier les pitopes (conservation de la protection
immunitaire contre la protine native) Ex : modification dune
glutamate dans le site catalytique de lADP ribosyl transfrase de
Bordetella pertussis 219 Ncessit dune bonne connaissance
structurale et de mise en uvre de techniques de cristallisation et
de biologie molculaire
Page 220
C/ VACCINATION PAR TOXINES ACTIVES AU NIVEAU DES MALT (MUCOSAL
ASSOCIATED LYMPHOID TISSUE) 220
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Rsultats dtudes pidmiologiques : chaque anne, 800 000 enfants
meurent d'infections Rotavirus, entre 500 000 et un million meurent
d'infections Shigella, au minimum 120 000 personnes meurent du
cholra et 350 000 d'infections par ETEC. Maladies diarrhiques
reprsentent donc un problme majeur de sant publique, leur
radication sera-t-elle assure par une approche thrapeutique ou
prventive ? 221
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Approche curative : succs incontestables (ex : diminution de 50
% de la mortalit suite la mise en place des mthodes de rhydratation
par voie orale en rgion d'endmie) mais traitement antibiotique des
diarrhes bactriennes souvent discut (augmentation du nombre de
souches multi-rsistantes, comme c'est le cas pour Shigella).
Approche prventive : existence de limites ( faibles ressources des
pays pauvres et donc difficults pour une amlioration rapide des
conditions sanitaires des zones endmiques). Dans de telles
conditions, l'approche vaccinale prend toute sa valeur, y compris
en rapport cot-bnfice 222
Page 223
223 Poids des ETEC trs important en sant publique dans les pays
en voie de dveloppement, - la maladie survenant essentiellement
chez le jeune enfant entre 6 mois et 5 ans, - une des causes
prpondrantes de la diarrhe des voyageurs. Les ETEC peuvent produire
la toxine thermolabile (LT), homologue de la toxine cholrique,
partageant son mode d'action par activation de l'adnyl-cyclase,
avec elle des ractions immunologiques Travail actuel pour un vaccin
anti-ETEC produit en Sude : srie de souches exprimant une varit de
facteurs de colonisation (CFAII, CS1, CS2 + CS3, CS4, CS5),
inactives par le formol et associes la sous-unit B recombinante de
la toxine LT (rB-WC- ETEC)
Page 224
Vaccin anti-cholra Faible efficacit et mauvaise tolrance du
vaccin inactiv a peu peu conduit son abandon. Vaccin prototype :
bactries tues appartenant au srotype O1, biotype classique,
auxquelles avait t ajout de la sous-unit B de la toxine cholrique
(vaccin B-O1 WC). Administr en trois doses orales, il avait montr
une efficacit protectrice leve 6 mois (85 %) et raisonnable trois
ans (60 %). Remarque : avec le temps, diminution de l'efficacit
protectrice de la prsence de la sous-unit B 224
Page 225
Intrt de ce type de vaccin : - relative facilit de production,
- cots peu levs, - absence de ncessit de chane du froid, font que
ce type de vaccin peut tre aisment produit par les pays en voie de
dveloppement o le cholra est endmique 225
Page 226
2-4-1-2 IMMUNOTOXINES CHIMRIQUES ET LUTTE ANTICANCREUSE
Page 227
Immuno-toxine : molcule hybride forme partir dune toxine
protique et dun Ac 227 Principales toxines utilises : -l'exotoxine
de Pseudomonas (PE), -la toxine diphtrique (DT) -et la ricine
Page 228
Aprs fixation sur leur rcepteur respectif, internalisation de
PE et DT dans les cellules de mammifres par endocytose. Clivage des
toxines par une protase cellulaire, la furine. Libration par le
clivage protolytique du fragment actif (PE37 ou la chane A de DT)
qui catalyse une raction d'ADP-ribosylation du facteur d'longation
2 (EF 2 ). Do inhibition irrversible de la protosynthse et
induction de la mort cellulaire par apoptose. 228
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volution des immuno-toxines et des toxines chimres Premires
immunotoxines produites par conjugaison chimique des toxines avec
des immunoglobulines. Inconvnients : -ncessit de purification de
quantits importantes de toxines et de ligands Htrognit des conjugus
ainsi produits : variabilit du nombre de molcules de toxines
couples par molcule de ligand et donc variabilit de la toxicit d'un
conjugu peut donc varier d'une prparation l'autre. 229
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Apport de la biologie molculaire : nouvelle conception
molculaire des toxines chimres qui a progress rapidement depuis 10
ans (figure 1).figure 1 Toxines recombinantes = protines de fusion
dans lesquelles un domaine de liaison un antigne ou un rcepteur a
fusionn avec une toxine mutante ou tronque. Le ligand peut tre un
fragment variable (Fv) d'anticorps, une cytokine, un facteur de
croissance ou une hormone. 230
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2-4-1-3- TRAITEMENT CURATIF ET ANTI- VIEILLISSEMENT
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Applications thrapeutiques des toxines botuliniques Emploi des
neurotoxines botuliniques bloquant l'innervation motrice dans
toutes les maladies caractrises par une hyperactivit musculaire : -
utilisation pour le traitement des blpharospasmes (contractions
involontaires des muscles des paupires), des paralysies
hmifaciales, des torticolis spasmodiques, des dformations
dynamiques du pied en quin chez les enfants prsentant une spasticit
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Applications thrapeutiques des toxines botuliniques En France,
quatre spcialits base de toxine botulinique ont reu une AMM. Trois
sont base de toxine A (Botox, Dysport, Vistabel) et une base de
toxine B (Neurobloc) : Le Botox, le Dysport et le Neurobloc sont
des mdicaments utiliss dans les indications mdicales. Vistabel a
obtenu une AMM pour la correction des rides provoques par le
froncement des sourcils (rides du lion). 234
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Applications thrapeutiques des toxines botuliniques Linjection
intramusculaire de toxine provoque un effet paralysant sur le
muscle inject avec une diffusion faible ou nulle dans les muscles
adjacents. Effet paralysant proportionnel la dose de toxine injecte
Effet paralysant observ durant plusieurs semaines ou plusieurs
mois. Remarque : compte-tenu de la faiblesse des doses injectes,
une rponse en anticorps neutralisants n'est observe que lors
d'injections rptes. 235
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2-4-2- Intrt pour lidentification des souches
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Srogroupage de bacilles Gram- bas sur la caractrisation
antignique de lAg O du LPS (Salmonella, E. coli, Shigella)
Identification dune souche par identification de la toxine produite
(toxinotypie) Identification de lentrotoxine staphylococcique par
immunoenzymologie ou par Ouchterlony Rechecrhe de prsence de toxine
botulinique par sroneutralisation Mise en vidence de toxine par
agglutination de particules de latex sensibilises par des Ac
spcifiques (Vivrio cholerare, E coli, Clostridium perfringens)
Recherche du gne de la toxine par PCR 237
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2-4-3- Dtection de LPS : test du LAL (Lysat dambocytes de
Limule) Arthropodes marins ressemblant des crabes
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Lhmolymphe (quivalent du sang) de la limule est de couleur
bleue du fait de la prsence dhmocyanine au lieu d'hmoglobine.
Cellules de lhmolymphe = ambocytes qui ragissent en prsence de LPS
bactriennes en produisant une protine transformant l'hmolymphe en
gel. Remarque : La limule n'ayant pas de systme immunitaire, ce gel
lui permet de bloquer les infections bactriennes. 239
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Test lipopolysaccharidique sur ambocyte de Limulus : dosage
activit LPS Ambocytes : cellules de lhmolymphe normales isoles de
la limule Dgranulation des ambocytes aprs traitement par le
lipopolyoside bactrien =glification
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Particularit telle que, depuis les annes 1970, utilisation de
l'hmolymphe de la limule pour produire un ractif, appel lysat
d'ambocyte de limule (LAL), employ notamment dans le domaine
pharmaceutique pour tester l'absence d'endotoxines dans les
mdicaments, les produits de dialyse et le matriel
mdico-chirurgical. 241
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Utilisation uniquement de la glification dans la pharmacope.
Existence de tests quantitatifs o les facteurs du LAL sont activs
en une cascade protolytique entrainant le dun substrat incolore
substrat librant du 4-notrophnol qui absorbe 405 nm. 242
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Dans le milieu mdical, lhmodialyse permet par ultrafiltration
sanguine de pallier une dficience rnale. Leau utilise doit tre
exempt dendotoxines (lipopolysaccharide) dorigine bactrienne. Si
dtection par le test du LAL de lipopolyosides, ncessit de les
liminer par diffrentes mthodes de dpyrognation : Dpyrognation par
inactivation Dpyrognation par limination Voir document joint
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2-4-4- Connaissance des voies de signalisation des cellules
eucaryotes
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Dimportants systmes transduction de signal ont t identifis chez
les procaryotes et servent de modles pour comprendre les systmes
plus complexes des eucaryotes. Beaucoup de gnes et doprateurs sont
activs ou inactivs en rponse des signaux diffrents (notamment aux
conditions environnementales par des protines rgulatrices faisant
partie dun systme de transduction de signal 2 composants. 245 Ainsi
les effets spcifiques des toxines sur un type cellulaire donn et
leur des toxines a permis une meilleure comprhension des modes de
signalisation intracellulaire.
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Fonctionnement du systme de signal 2 composants (2 protines)
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Premire protine : senseur fonction de kinase traversant la
membrane plasmique Une partie expose lenvironnement extracellulaire
(priplasme des Gram -) Une autre partie expose au cytoplasme
Senseur : dtection des changements spcifiques de lenvironnement et
communication de linformation au cytoplasme 247 Rgulateur
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Deuxime protine : rgulateur-rponse : protine qui se fixe lADN
et dclenche quand il es activ la transcription de gnes ou doprons
dont lexpression est indispensable pour ladaptation au stimulus
environnemental Linhibition de la transcription de gnes ou doprons
non requis dans les nouvelles conditions environnementales 248
Rgulateur
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249 Systme le mieux compris : rgulation chez E coli du rapport
des porines OmpF/OmpC
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Le systme deux composants OMPF/OMP C 250
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Existence de toxines microbiennes autres que bactriennes (cf
algues) Place des toxines dans la pathognse microbienne Ingestion
de la toxine prforme dans laliment : intoxination Toxine produite
aprs colonisation de la surface mucosale et action locale de la
toxine ou distance Toxine produite par des bactries contaminantes
suite une blessure et action locale ou aprs passage dans le sang.
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