Mécanisme de défense de l’intestin découvert

“La façon dont les cellules de l’intestin combattent les toxines produites par un insecte hospitalier a été découverte”, a rapporté BBC News.

Dans une nouvelle recherche, les scientifiques ont montré que l’infection par la bactérie Clostridium difficile stimule les cellules dans l’intestin pour modifier les toxines produites par les bactéries. Cette modification, appelée nitrosylation, protège le corps en rendant les toxines inactives. Les chercheurs ont alors découvert qu’un produit chimique appelé GSNO qui favorise la nitrosylation pourrait être utilisé pour traiter les souris infectées par Clostridium difficile, la bactérie responsable d’une forte proportion de diarrhées infectieuses contractées à l’hôpital et d’une inflammation du côlon potentiellement mortelle.

L’exploration de la nitrosylation par cette étude a contribué à notre compréhension de la façon dont les organismes hôtes peuvent se protéger contre les toxines produites par des organismes tels que C. difficile. Les chercheurs ajoutent qu’un plus grand nombre d’enzymes microbiennes sont semblables aux toxines de C. difficile, et que la nitrosylation peut représenter une forme commune de mécanisme de défense contre les microbes. Cependant, de nombreuses protéines naturelles du corps peuvent également être nitrosylées, et pas seulement des toxines provenant de bactéries. Par conséquent, comme les chercheurs concluent, avant que ces résultats puissent être utilisés pour développer un traitement contre les infections bactériennes, les scientifiques doivent trouver un moyen de cibler uniquement les substances nocives pour le corps.

D’où vient l’histoire?

L’étude a été réalisée par des chercheurs de l’Université du Texas et d’un certain nombre d’autres instituts de recherche américains. Il a été financé par plusieurs organisations, dont le Howard Hughes Medical Institute et diverses branches des US National Institutes of Health. L’étude a été publiée dans la revue à comité de lecture, Nature Medicine.

La BBC a bien rendu compte des résultats de cette étude.

De quel type de recherche s’aggissait-t-il?

Il s’agissait de recherches animales et en laboratoire, qui utilisaient des techniques basées sur des modèles de souris et des cultures cellulaires pour examiner la réponse des cellules à l’infection par la bactérie Clostridium difficile. L’infection par C. difficile serait la cause la plus fréquente de diarrhée infectieuse à l’hôpital et d’inflammation du côlon (colite) potentiellement mortelle dans le monde.

Les souches de C. difficile qui causent la maladie produisent plusieurs toxines, dont deux appelées TcdA et TcdB. Ces toxines inactivent les enzymes chez la personne ou l’animal infecté (connu comme «l’hôte») et provoquent la diarrhée et l’inflammation une fois qu’elles sont entrées dans les cellules hôtes. Cependant, pour devenir toxiques, les molécules de toxine doivent «cliver» ou se diviser en plus petites parties afin qu’elles puissent entrer dans les cellules de l’intestin. Cet article a identifié un mécanisme qui agit dans les organismes hôtes pour réduire le clivage des toxines, et a exploré le potentiel d’exploitation de ce mécanisme pour traiter les souris avec des infections à C. difficile.

Qu’est-ce que la recherche implique?

Dans cette étude, les chercheurs ont effectué une série d’expériences pour examiner une gamme de mécanismes biologiques et chimiques derrière les défenses de l’organisme contre la bactérie C. difficile.

Les chercheurs ont commencé par créer un «modèle» animal d’infection à C. difficile qu’ils pourraient étudier. Pour ce faire, ils ont injecté de la toxine TcdA purifiée dans l’intestin grêle des souris. Des travaux antérieurs ont suggéré que le corps limite les effets toxiques de C. difficile en utilisant un processus appelé nitrosylation, qui modifie chimiquement les protéines.

Pour explorer plus avant le rôle de la nitrosylation, les chercheurs ont examiné les niveaux d’un produit chimique appelé S-nitrosogluthathione (GSNO), qui est souvent nécessaire pour que la nitrosylation ait lieu. Pour ce faire, ils ont comparé les niveaux de zones GSNO de l’intestin de souris qui avaient été injectées avec la toxine et dans les zones non infectées. Ils ont également examiné les niveaux de protéines modifiées (nitrosylées) dans les tissus intestinaux infectés et non infectés. Les chercheurs ont également identifié quelles protéines spécifiques avaient été nitrosylées.

Les chercheurs ont ensuite examiné les niveaux de protéines modifiées (nitrosylées) dans des échantillons de tissus du tissu du côlon humain qui était activement affecté par l’inflammation. Les chercheurs ont utilisé leurs observations pour construire un modèle cellulaire afin d’examiner le rôle potentiel que la nitrosylation des toxines pourrait jouer dans la protection des cellules hôtes contre les toxines. Pour confirmer leurs découvertes, ils ont injecté de la toxine TcdA nitrosylée à des souris pour voir si elle avait le même effet que la TcdA non nitrosylée.

Les chercheurs ont ensuite examiné et modélisé la structure protéique des toxines TcdA et TcdB pour identifier l’emplacement exact sur la molécule de protéine que la nitrosylation modifie pour réduire la toxicité. Ils ont ensuite confirmé les sites de modification en utilisant diverses techniques expérimentales.

Enfin, les chercheurs ont utilisé leurs résultats pour déterminer si GSNO (un produit chimique qui provoque la nitrosylation) pourrait être utilisé pour protéger les souris contre la toxicité de C. difficile. Ils ont d’abord testé les effets du GSNO sur des cellules en laboratoire, puis sur des souris. Pour ce faire, ils ont injecté des toxines Tcd dans l’intestin grêle des souris, puis ont également injecté des GSNO à certaines souris. Ils ont ensuite examiné si les toxines Tcd avaient moins d’effet chez les souris injectées avec GSNO. Ils ont également testé les effets de GSNO administrés par voie orale dans un autre modèle de souris qui ressemble étroitement à l’infection par C. difficile.

Quels ont été les résultats de base?

L’injection de TcdA dans l’intestin grêle de souris a provoqué des lésions de la muqueuse de l’intestin (appelée muqueuse intestinale). Il pourrait également provoquer une sécrétion de liquide dans l’intestin (ce qui conduit à la diarrhée) et l’accumulation de globules blancs et d’autres signes d’inflammation.

Il y a eu une augmentation de 12,1 fois des taux tissulaires de la GSNO chimique dans les tissus des animaux ayant reçu une injection de TcdA comparativement aux animaux ayant reçu une solution «factice» qui ne contenait pas la toxine. Il y avait également des niveaux élevés de protéines modifiées (nitrosylées) dans les tissus exposés à la TcdA, à la fois chez les souris et les humains. Les chercheurs ont découvert que TcdA était elle-même une cible pour cette modification.

Le modèle à base de cellules a montré que la nitrosylation de la toxine TcdA protégeait les cellules contre les effets de la toxine. Lorsque la TcdA nitrosylée a été injectée chez la souris, elle était moins toxique que la TcdA non modifiée. La toxine apparentée TcdB s’est également révélée être nitrosylée. Les chercheurs ont découvert que la nitrosylation se produisait au site catalytique, ce qui permettait de cliver les toxines (processus nécessaire à la toxicité), ce qui l’empêchait de se produire.

GSNO protégé contre la toxicité Tcd dans les cellules cultivées en laboratoire. L’injection de GSNO dans l’intestin des souris a réduit les symptômes induits par la TcdA, y compris l’inflammation et la sécrétion de liquide. L’administration de GSNO par voie orale a également augmenté la survie dans un autre modèle murin d’infection à C. difficile.

Comment les chercheurs ont-ils interprété les résultats?

Les auteurs ont conclu que les organismes hôtes présentent une nitrosylation des toxines de C. difficile, ce qui réduit leurs effets nocifs en empêchant les molécules de toxine de se diviser et d’entrer dans les cellules. Ils disent que la promotion du processus de nitrosylation peut être utilisée pour traiter l’infection à C. difficile chez les souris, et que cette découverte peut suggérer de nouvelles approches de traitement pour les humains.

Conclusion

Cette étude a contribué à notre compréhension de la façon dont les organismes hôtes se défendent contre les toxines produites par C. difficile. Il a constaté que les souris et les humains modifient les toxines en utilisant un processus appelé nitrosylation, ce qui diminue leur toxicité. Les chercheurs ajoutent qu’un grand nombre de protéines microbiennes sont similaires aux toxines de C. difficile, et que la nitrosylation peut être un mécanisme de défense commun contre les micro-organismes.

L’étude a également révélé que le GSNO chimique, souvent nécessaire à la nitrosylation, était efficace pour traiter l’infection à C. difficile chez la souris. Cependant, ce ne sont pas seulement ces protéines bactériennes qui peuvent être nitrosylées – beaucoup d’autres protéines importantes dans le corps peuvent également subir le processus. Par conséquent, comme les chercheurs concluent, la capacité de cibler sélectivement les toxines ou d’autres protéines impliquées dans la maladie (mais pas d’autres protéines) reste un défi majeur. Cela devra être abordé avant que les traitements basés sur cette découverte puissent être étudiés plus en détail pour C. difficile.