Les bactéries pathogènes occupent différents foyers d’infection. Par exemple, après une invasion réussie, des agents pathogènes d’animaux comme Shigella spp. et Salmonella spp. ont une vie intracellulaire, tandis que Yersinia spp, P. aeruginosa et ECEP restent généralement dans le milieu extracellulaire (Francis et al., 2002; Nataro and Kaper, 1998). Par conséquent, différents stimuli pourraient être utilisés pour réguler l'expression des gènes du SSTT : la température, les cations divalents, le contact avec les cellules de l’hôte, le sérum et d’autres facteurs. La sécrétion est contrôlée à plusieurs niveaux : transcriptionnel,
post-56 transcriptionnel, traductionnel ainsi que via la commutation conformationnelle et la sécrétion des composants du SSTT (Brutinel and Yahr 2008; Deane et al., 2010).
Stimuli lies au stress, l’environnement et l’hôte
P. aeruginosa Yersinia spp. Shigella spp. Salmonella sppb ECEPc
La température + + +
Les cations divalents Ca2+ Ca2+ Mg2+ Ca2+
Le contact cellulaire + + + +
Le sérum + + + +
Le stress et autres
facteursa
+ + + + +
Les régulateurs Secrétés ExsE LcrQ (YscM) OspD1
Le Quorum Sensing + + + +
Tableau 3 : Les principaux aspets communs de la régulation des SSTTs de différents pathogenes des animaux. aVoir le text pour plus de détails; bSalmonella spp., pathogenicity island I
(SPI-1); c E. coli enteropathogenique.
1. 1. Régulation liée à l’hôte et l’environnement 1. 1. 1. La température
La plupart des bactéries vivent à l’extérieur de leur hôte. Cependant, suite au contact avec un hôte animal ou humain, la température de croissance de ces bactéries augmente à 37 ° C. Cette augmentation de température induit l'expression des gènes du SSTT (tableau 3) chez Shigella spp., (Maurelli et al., 1984.), Yersinia spp., (Goguen et al., 1984; Michiels et al., 1990) et ECEP (Bustamante et al., 2001; Rosenshine et al., 1996; Umanski et al., 2002). Chez Shigella spp., quand la température augmente à 37 ° C, un activateur transcriptionnel VirF (de type AraC), active VirB qui à son tour active l'expression de l’ensemble des gènes du SSTT (Beloin et al., 2002; Dorman et al., 2001). Comme le surenroulement de l'ADN dépend de la température, la nucléoprotéine H-NS est capable de se lier et de réprimer l'activité du promoteur du gène VirF seulement à des températures inférieures à 32 ° C, mais pas à 37 ° C (Falconi et al., 1998). La topologie de l'ADN est impliquée dans la dépendance à la température de l'expression des gènes du SSTT de Yersinia spp, ECEP et E. coli entérohémorragique (ECEH) (Cornelis et al., 1991; Rohde et al., 1994; Rohde et al., 1999). Il
57 est possible que la thermorégulation de ces quatre pathogènes repose sur des bases physiques similaires. Elle implique sans doute l'accessibilité de la nucléoprotéine H-NS à l'ADN cible (Francis et al., 2002). En plus de la température, l'osmolarité, le pH et la tension d'oxygène provoquent des changements topologiques dans la structure locale de l'ADN. Lors de l’infection d’un hôte animal, l’agent pathogène est soumis à l’ensemble de ces stimuli environnementaux (Francis et al., 2002).
1. 1. 2. Les cations divalents
Bien que le rôle physiologique des cations divalents n'est pas encore clair, ils peuvent fonctionner comme un signal extracellulaire régulant l'expression des gènes de virulence (Garcia et al., 1996). Chez S. typhimurium, un système à deux composantes PhoP/PhoQ détecte la concentration des cations Mg2+ à l'extérieur comme à l'intérieur de la cellule hôte. Ceci afin de réguler inversement deux SSTTs indépendants :
� SPI-1 (Salmonella Pathogenicity Island I) : il est important pour assurer l'invasion initiale. Il permet à l’agent pathogène de passer la barrière de la muqueuse intestinale. Il est exprimé dans la lumière du tractus intestinal.
� SPI-2 (Salmonella Pathogenicity Island 2) : Il est nécessaire pour la phase d’invasion systémique. Il est exprimé quand les bactéries ont pénétré dans les cellules eucaryotes. Il est très important pour la survie et la prolifération intracellulaire (Chamnongpol et al., 2003; Groisman, 2001).
Chez Yersinia spp. et P. aeruginosa, l'expression des gènes du SSTT est induite in vitro par une déplétion du calcium dans le milieu (Frank, 1997; Goguen et al., 1984; Michiels et al., 1990; Pollack et al., 1986; Yahr and Frank, 1994) .
1. 1. 3. Le contact Cellulaire
La translocation de type trois est caractérisée par : (i) le contact des cellules bactériennes et eucaryote, (ii) l'introduction des protéines de translocation dans la membrane plasmique eucaryote, et (iii) la formation d'un pore par lequel les effecteurs bactériens sont transloqués (Lee, 1997). Le SSTT et les effecteurs (Yops) chez Yersinia représentent un modèle prototype de l’intoxication médiée par ce système (Cornelis and Wolf-Watz, 1997). Le contact des bactéries avec les macrophages active massivement l'expression des gènes des effecteurs Yops ainsi que l’injection de ces effecteurs par le SSTT (Pettersson et al, 1996;
58 Rosqvist et al., 1994). Des études impliquant l’immunoprécipitation, l’immunofluorescence et la localisation de l'activité enzymatique ont montré que les effecteurs de Yersinia (YopE, YopH, YopM et YpkA) sont directement délivrés dans les cellules de l’hôtes à partir de bactéries adhérentes (Boland et al., 1996; Hakansson et al., 1996; Persson et al., 1995; Sory and Cornelis, 1994).
L'activation de l'expression des gènes du SSTT par le contact cellulaire est également observée chez Shigella spp., (Ménard et al, 1994; Watarai et al., 1995), ECEP (Rosenshine et al., 1996) et P. aeruginosa (Hornef et al., 2000; Vallis et al., 1999).
1. 1. 4. Le sérum
Le sérum est capable d’activer le SSTT de Shigella (Ménard et al., 1994), Salmonella (Zierler and Galan, 1995), Yersinia (Lee et al., 2001) et P. aeruginosa (Hornef et al., 2000; Vallis et al., 1999).
1. 1. 5. Autres facteurs
Dans un milieu chimiquement défini comme le milieu Eagle modifié de Dulbecco (DMEM), le SSTT de Yersinia spp., ne secrète pas, même en présence de faibles concentrations du calcium (Lee et al., 2001). Le glutamate et le sérum de l’hôte doivent être ajoutés dans le mileu chimiquement définis pour activer la sécrétion (Lee et al., 2001).
Chez Shigella spp., des composés chimiques tel que le rouge Congo, le bleu Evans et le direct orange sont capables d'induire la sécrétion des protéines Ipa dans des bactéries en suspension dans le PBS. De plus, l'activation de la sécrétion de la protéine Ipa par le rouge Congo a été observée avec des bactéries en phase exponentielle de croissance, mais pas pour des bactéries en phase stationnaire (Bahrani et al., 1997). L'interaction des bactéries avec des composants de la matrice extracellulaire comme la fibronectine, la laminine ou le collagène de type IV, peut stimuler la sécrétion des effecteurs Ipa (Watarai et al., 1995). Des modifications de l’ARNt sont également nécessaires pour une expression complète des gènes du SSTT (Durand et al., 2000).
Chez Salmonella spp., des études ont montré que :
� Le pH neutre, une faible tension d'oxygène et des conditions de forte osmolarité, favorisent une expression maximale des gènes du SSTT (Bajaj et al., 1996).
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� L'augmentation de la concentration d'acétate dans l'iléon distal (intestin grêle) est à l’origine d’un signal stimulant l'expression des gènes du SSTT. Cependant, de fortes concentrations en propionate et butyrate dans le caecum et le côlon (gros intestin) inhibent l'expression des gènes du SSTT (Gantois et al., 2006; Lawhon et al., 2002).
� Des peptides cationiques antimicrobiens qui sont des éléments conservés et très efficaces de l'immunité innée, répriment l'expression des gènes du SSTT. Alors qu’ils activent d'autres régulons de virulence (Bader et al., 2003).
� L'expression des gènes du SSTT chez Salmonella est réprimée en présence de la bile (Prouty et al., 2004).
Chez ECEP, une sécrétion maximale de type trois est atteinte dans des conditions similaires à celles du tractus gastro-intestinal, y compris la présence du bicarbonate de sodium, des concentrations millimolaires du calcium et du Fe(NO3)3 (Kenny et al., 1997). Une régulation négative de l'expression des gènes du SSTT a été observée en présence d'ammonium ou dans le milieu LB (Bustamante et al., 2001). D’autres part, les différents pH rencontrés par la bactérie pendant son passage, de l'estomac à l'intestin grêle, déterminent si l’expression des gènes du SSTT est nécessaire ou non (Shin et al., 2001; Francis et al., 2002). 2. Les signaux métaboliques et de stress
Un très grand nombre de signaux métaboliques et de stress régulent l’expression des gènes du SSTT. Ce dernier est souvent lié à l'état métabolique de la bactérie. Chez Shigella spp., certains métabolites intermédiaires impliqués dans la régulation du SSTT ont été identifiés. Parmi lesquels, le quinolinate est un intermédiaire dans la biosynthèse du NAD. Il inhibe l'invasion dépendante du SSTT (Prunier et al., 2007). L'ornithine et autres acides aminés régulent également l’expression des gènes du SSTT (Durand and Björk, 2009). Le mécanisme par lequel des voies métaboliques influencent l’expression des gènes de virulence n’est pas encore clair. L'exemple de P. aeruginosa détaillé ci-dessous pourrait apporter des progrès dans ce domaine.