Comment BteA des bactéries Bordetella provoque la mort cellulaire

Deux types de bactéries, Bordetella pertussis et Bordetella bronchiseptica, peuvent vivre dans les voies respiratoires de divers animaux. Elles causent divers problèmes respiratoires. B. pertussis est connue pour provoquer la coqueluche, une maladie qui était très mortelle pour les bébés avant l’arrivée des vaccins. Le vaccin contre la coqueluche à cellules entières a fait une grande différence en réduisant les cas de coqueluche. Cependant, depuis le passage à un autre vaccin, les adolescents ont de nouveau des cas de coqueluche. Ça pourrait être dû à une immunité qui diminue chez les personnes vaccinées et au nouveau vaccin qui n'est pas aussi efficace pour provoquer la réponse immunitaire nécessaire pour arrêter la propagation de B. pertussis.

D'un autre côté, B. bronchiseptica affecte une plus grande variété d'animaux, mais elle rend rarement les humains malades. Elle peut causer des problèmes respiratoires légers à graves chez les chiens et les cochons. Chez les chiens, ça entraîne la "toux de chenil," qui peut devenir sérieuse pour les jeunes chiots. Chez les cochons, B. bronchiseptica peut être liée à plusieurs maladies respiratoires.

#Le Rôle de la Mort cellulaire

Quand notre corps combat des infections, un processus appelé mort cellulaire se produit. Ça aide à se débarrasser des cellules infectées et active une réponse de défense. Cependant, certaines bactéries nuisibles ont appris à utiliser ce processus de mort cellulaire à leur avantage, leur permettant d’éviter la détection par le système immunitaire ou de se procurer des nutriments.

Différents facteurs influencent comment et quand la mort cellulaire se produit, y compris le type de cellules infectées et l'état de l'infection. Les chercheurs ont identifié plusieurs facteurs dans B. pertussis et B. bronchiseptica qui mènent à la mort cellulaire dans les cellules hôtes, rendant ces bactéries plus dangereuses.

Un facteur important est un système spécial trouvé dans ces bactéries, appelé système de sécrétion de type III (T3SS). Ce système permet aux bactéries d'injecter des protéines, comme BteA, directement dans les cellules hôtes. BteA est crucial pour la capacité des bactéries à persister dans les voies respiratoires des animaux, y compris les rats, les souris et les cochons.

#BteA et sa Structure

BteA est une protéine de 69 kDa qui se compose de deux parties. La première partie aide la protéine à s'attacher aux membranes cellulaires, tandis que la deuxième partie est responsable de ses effets toxiques. La première partie se fixe à certains composants de la membrane cellulaire. Elle a une forme semblable à d'autres protéines trouvées dans diverses toxines bactériennes. La deuxième partie n’a aucune structure similaire connue.

Lors des expériences, les scientifiques ont découvert que BteA pouvait causer du mal même si la première partie était retirée. La mort cellulaire causée par BteA se produit rapidement et d'une manière spécifique, séparée des autres formes de mort cellulaire. Cependant, comment BteA fonctionne en détail reste encore flou.

#Mort Cellulaire Induite par BteA

Quand les chercheurs ont examiné ce qui arrivait aux cellules humaines, en particulier les cellules HeLa, après avoir été infectées par B. bronchiseptica, ils ont remarqué des changements significatifs. Sous un microscope, ils ont observé qu’après l'infection, les cellules commençaient à montrer des signes de détresse, comme un gonflement et la formation de bulles à leur surface. Ces bulles continuaient à grandir et ne disparaissaient pas. Le noyau de la cellule rétrécissait également, indiquant que la structure de la cellule se détériorait.

Dans les cellules où BteA était absent, aucun problème de ce genre n'a été observé, confirmant que BteA était responsable des changements destructeurs. Ces observations ont été soutenues par des tests utilisant un colorant fluorescent spécial qui indiquait quand la membrane cellulaire était endommagée.

Comparer les effets de B. bronchiseptica et B. pertussis sur les cellules HeLa a montré que les deux pouvaient perturber les membranes cellulaires, mais elles le faisaient à des vitesses différentes. Les chercheurs ont découvert que BteA de B. pertussis avait un effet moins nuisible comparé à B. bronchiseptica, probablement en raison de légères différences dans leurs structures.

#Enquête sur la Cause de la Mort Cellulaire

Pour en apprendre plus sur comment BteA induit la mort cellulaire, les chercheurs ont réalisé un criblage génétique en utilisant une méthode appelée CRISPR-Cas9. Ils ont utilisé un autre type de cellule humaine, les cellules HEK, qui réagissaient de manière similaire à BteA et ont fait plusieurs modifications génétiques. Leur objectif était de trouver des gènes hôtes qui étaient essentiels pour la mort cellulaire induite par BteA.

Après plusieurs tours de sélection pour enrichir les cellules résistantes, ils n'ont trouvé aucun gène spécifique qui était critique pour les effets nocifs de BteA. Ce manque de découvertes suggère que de nombreuses voies dans les cellules hôtes pourraient travailler ensemble, rendant difficile de pointer un seul facteur responsable de la destruction cellulaire.

#L’Effet de BteA sur les Niveaux de Calcium

Le calcium joue un rôle vital dans de nombreux processus cellulaires, y compris la façon dont les cellules répondent au stress. Étant donné que BteA entraîne des changements dans les cellules, les chercheurs se sont penchés sur son effet sur les niveaux de calcium à l'intérieur des cellules.

Quand les cellules HeLa ont été exposées à B. bronchiseptica, ils ont trouvé que les niveaux de calcium à l'intérieur des cellules augmentaient rapidement. Cette augmentation se produisait avant tout signe de dommage à la membrane cellulaire. De plus, lorsqu'ils infectaient des cellules qui manquaient de BteA, il n'y avait pas d'augmentation notable des niveaux de calcium, confirmant le rôle crucial de BteA dans ce processus.

Les chercheurs ont utilisé l'imagerie en temps réel pour suivre visuellement comment les niveaux de calcium changeaient. Quand B. bronchiseptica se fixait aux cellules, ça déclenchait une montée rapide et soutenue du calcium à l'intérieur des cellules. Cette montée conduisait à la formation de bulles sur les membranes cellulaires et à la mort cellulaire.

#Le Rôle de l'Afflux de Calcium

Un produit chimique spécifique appelé 2-APB, qui peut moduler le flux de calcium dans les cellules, a été utilisé pour déterminer si bloquer l'afflux de calcium pouvait prévenir la mort cellulaire. Quand les cellules HeLa étaient traitées avec 2-APB, la montée des niveaux de calcium et les dommages correspondants à la membrane cellulaire étaient retardés. Cela montre que l'augmentation du calcium est un facteur clé dans les effets toxiques de BteA.

#Fragmentation des Structures Cellulaires

L'augmentation des niveaux de calcium est également corrélée avec des changements dans des structures cellulaires importantes. Les chercheurs ont observé qu'à mesure que les niveaux de calcium augmentaient, à la fois le réticulum endoplasmique et les mitochondries étaient endommagés. Ces changements incluaient la fragmentation de ces organelles, indiquant qu’elles ne fonctionnaient pas correctement.

Quand les chercheurs ont examiné les mitochondries, ils ont découvert que BteA causait un gonflement et une perte de leur structure, connue sous le nom de cristolyse. Ce dommage est critique puisque les mitochondries jouent un rôle clé dans la production d'énergie et l'homéostasie du calcium.

#Dysfonctionnement Mitochondrial

Quand les mitochondries absorbe trop de calcium, elles peuvent être surchargées. Cette surcharge peut entraîner une perte de la capacité des mitochondries à maintenir leur potentiel membranaire, ce qui pourrait entraîner la mort cellulaire. BteA a été trouvée responsable de cette surcharge dans les cellules humaines, conduisant à un échec mitochondrial.

Pour enquêter là-dessus, les chercheurs ont utilisé un colorant spécial qui s'accumule dans les mitochondries saines. Ils ont constaté qu'à mesure que les niveaux de calcium induits par BteA augmentaient, les mitochondries perdaient leur potentiel membranaire, indiquant qu'elles devenaient dysfonctionnelles.

#Résumé des Découvertes

Les injections de BteA provenant de B. bronchiseptica et B. pertussis entraînent une augmentation des niveaux de calcium dans les cellules hôtes. Cette montée de calcium perturbe les fonctions cellulaires normales et contribue au processus global de mort cellulaire.

La séquence des événements commence par l'afflux de calcium, ce qui affecte ensuite les mitochondries et d'autres structures cellulaires, menant finalement à des dommages et à la mort cellulaire. Étant donné que de nombreuses voies et structures sont impliquées, il peut être difficile de cibler une seule cible pour le traitement.

#Limitations et Directions Futures

Bien que l'étude ait fourni des éclaircissements importants sur comment BteA fonctionne, elle s'est principalement appuyée sur des lignées cellulaires de laboratoire, qui peuvent ne pas représenter entièrement comment ces processus se produisent dans des organismes vivants.

Des recherches futures sont nécessaires pour mieux comprendre les interactions entre BteA et le système immunitaire de l'hôte, ainsi qu'une enquête plus approfondie sur d'autres cibles potentielles dans les cellules hôtes. Cette connaissance pourrait aider à développer des traitements efficaces contre les infections causées par ces bactéries.

#Conclusion

Bordetella pertussis et Bordetella bronchiseptica sont deux pathogènes bactériens significatifs qui peuvent perturber la fonction respiratoire chez les mammifères. En comprenant comment leurs protéines effectrices comme BteA interagissent avec les cellules hôtes, on peut obtenir des pistes pour des stratégies thérapeutiques potentiellement efficaces pour combattre leurs effets nuisibles. Les découvertes mettent en lumière la complexité des mécanismes cellulaires impliqués dans l'infection bactérienne et le besoin de recherches continues dans ce domaine.