Facteurs de virulence et déterminants de virulence

2.1.1. Les adhésines

Dans un premier temps, Bordetella pertussis sécrète des adhésines identifiées comme des protéines s’associant à la surface de la bactérie. Par leurs intermédiaires, ce pathogène va pouvoir s’attacher efficacement aux cellules de l’hôte.

L’hémagglutinine filamenteuse (FHA) est une protéine de 220-kDa (kiloDalton) exerçant un rôle primordial dans l’initiation de la pathogenèse de Bordetella pertussis (Locht et al, 2001; Renauld-Mongenie et al, 1996). Dans sa partie N-terminale, elle possède différents sites de fixation comprenant notamment un domaine CaRD (Carbohydrate Recognition Domain) ainsi qu’un motif RGD (Smith et al, 2001). Ce dernier est formé d’une séquence d’acides aminés Arg-Gly-Asp exhibant des similitudes avec des protéines d’adhésion de l’hôte (Locht et al, 1999). Ces particularités structurales facilitent l’adhérence de ce microorganisme sur plusieurs types cellulaires distincts. La FHA se lie ainsi aux phagocytes via l’intégrine CR3 (Complement Receptor type 3) ou la αmβ2 ou la molécule CD11b/CD18 ainsi qu’aux cellules ciliées et aux cellules épithéliales des voies respiratoires via des sucres portant des groupements sulfate (Locht et al, 1999; Relman et al, 1990; Saukkonen et al, 1991; Smith et

al, 2001; Tuomanen et al, 1988). Elle interagit également avec des molécules solubles telles

que l’héparine, la protéine sérique C4BP (C4b-Binding Protein) et différentes protéines de la matrice extracellulaire (Berggard et al, 1997).

Les fimbriae (FIM) appelés aussi pili ou agglutinogènes possèdent une structure protéique en forme d’hélice. Ils s’apparentent à de longs filaments extracellulaires conférant à la bactérie des propriétés d’adhésion supplémentaires et relativement proches de la FHA. Les FIM se composent de sous-unités majeures telles que Fim2 de 22 kDa et Fim3 de 22,5 kDa ainsi que de sous-unités mineures telles que FimB, FimC et FimD (Smith et al, 2001).

La pertactine (PRN) est une protéine de 60-kDa également connue sous le nom P.69 (Protein of 69 kDa) ou encore OMP 69 (P.69 Outer Membrane Protein). Tout comme la FHA, la PRN possède dans sa séquence d’acides aminés un motif RGD (Leininger et al, 1992; Smith et al,

2001). Elle favorise l’attachement de Bordetella pertussis à la surface des cellules cibles de l’hôte via un mécanisme peu connu (Leininger et al, 1991).

Le facteur de colonisation trachéale (TCF) est pourvu de motifs RGD (Arg-Gly-Asp) et présente une importante homologie structurale avec la PRN (Smith et al, 2001). Comme son nom l’indique, il semble plus particulièrement impliqué dans la colonisation de la trachée par

Bordetella pertussis.

Le facteur de résistance au sérum (BrkA) possède aussi des motifs RGD (Arg-Gly-Asp) avec une structure proche de la PRN (Smith et al, 2001). Il inhibe l’action bactéricide de certains composants sériques appartenant au système immunitaire ce qui empêche l’élimination de la bactérie via cette voie (Barnes et al, 2001).

2.1.2. Les toxines

Après la colonisation du tractus respiratoire par Bordetella pertussis, la bactérie sécrète de multiples toxines ayant des effets délétères sur notre organisme.

La PTX appartient à la famille des A-B protéines et possède une structure hexamérique de 106-kDa (Smith et al, 2001). Elle est considérée comme l’un des agents de virulence majeurs synthétisés par Bordetella pertussis. Elle joue à la fois le rôle d’une adhésine sous sa forme membranaire et le rôle d’une toxine sous sa forme sécrétée dans la progression de la maladie (Alonso et al, 2001). L’activité enzymatique de la PTX, attribuée à la sous-unité A, vient perturber les voies de signalisation couplées aux protéines Gi et est à l’origine de l’intoxication cellulaire liée à la synthèse exacerbée d’AMPc (Locht et al, 1999). La sous-unité B va permettre à la toxine toute entière de se fixer sur ses récepteurs exprimés à la surface des cellules cibles et ensuite y délivrer la sous-unité A dans le milieu intracellulaire. L’étude approfondie des effets de la PTX sur son hôte sera longuement abordée et discutée dans les prochains chapitres.

La toxine adénylate cyclase (CyaA) ou hémolysine est une protéine appartenant à la famille des toxines RTX (Repeat in ToXin) (Locht et al, 1999; Smith et al, 2001). Suite à l’interaction de son domaine hémolytique avec l’intégrine αmβ2 ou la molécule CD11b/CD18, le domaine catalytique pénètre dans la cellule cible où il y exerce son activité enzymatique

(Azami-El-Idrissi et al, 2003; Guermonprez et al, 2001). Après activation par la calmoduline, la CyaA provoque une augmentation anormale des taux intracellulaires d’AMPc (Confer et al, 1982). Par conséquent, elle est notamment responsable de la suppression des propriétés chémotactiques des neutrophiles ainsi que de l’apoptose des macrophages alvéolaires (Gueirard et al, 1998; Khelef et al, 1993b; Khelef et al, 1995).

La toxine dermonécrotique (DNT) tirerait son nom des lésions cutanées qu’elle génère chez l’animal (Livey et al, 1984). Cette endotoxine est une protéine de 140-kDa qui ne sera libérée qu’au moment de la lyse de la bactérie (Cowell et al, 1979; Smith et al, 2001; Zhang et al, 1991). Au sein de la cellule cible, la DNT exerce une activité enzymatique de type transglutaminase sur la protéine Rho aux propriétés de type GTPases, ce qui les rend constitutivement actives (Masuda et al, 2000; Matsuzawa et al, 2004). Ses effets toxiques se traduisent notamment par une réorganisation du cytosquelette et une perturbation de la motilité cellulaire. Le rôle de la DNT dans la pathogenèse de Bordetella pertussis reste actuellement peu connu.

La toxine cytotrachéale (TCT) est un glycopeptide agissant plus particulièrement sur l’épithélium respiratoire. Elle y détruit les cellules ciliées via l’inhibition de la synthèse de DNA et la production de NO cytotoxique, elle-même dépendante de la synthèse préalable d’IL-1 (Heiss et al, 1993; Heiss et al, 1994).

Le lipopolysaccharide (LPS) de Bordetella pertussis est une molécule de petite taille comparée aux structures d’autres LPS bactériens. Tout comme le LPS d’Escherichia coli et

des Salmonella, il se lie au TLR4 (Kawasaki et al, 2004a; Kawasaki et al, 2004b; Muroi et al,

2002). Ce LPS se présente sous 2 formes, LPSI et LPSII, se distinguant par leur domaine polysaccharidique (Le Dur et al, 1980). Il pourrait même interagir avec d’autres toxines telles que la PTX ou la TCT (Lei et al, 1993b).

2.1.3. Les déterminants de virulence

La régulation génétique de l’expression des facteurs de virulence de Bordetella

pertussis est sous le contrôle de 2 processus distincts.

La « variation de phase » implique des phénomènes irréversibles de mutations spontanées lors de la réplication de l’ADN pour donner lieu à des variants avirulents de Bordetella pertussis dès lors incapables d’envahir et de coloniser leur hôte.

La « modulation phénotypique », quant à elle, est un processus d’adaptation physiologique qui réunit un ensemble de phénomènes réversibles permettant à la bactérie d’optimaliser sa croissance et sa survie (Lacey et al, 1960). Il est géré par un système à 2 composants appelé BvgA/S dont les gènes sont localisés dans le locus bvg (bordetella virulence gene) (Locht et

al, 1999; Locht et al, 2001; Smith et al, 2001; Uhl et al, 1994) [Figure 17]. BvgS est un

véritable senseur de changements environnementaux et est particulièrement sensible aux variations de température ainsi qu’à la présence d’ions SO₄^2- ou d’acide nicotinique. Cette protéine possède un large domaine périplasmique relié à la région cytoplasmique composée de nombreux sous-domaines. Lors de la transduction d’un signal activateur, BvgS se transforme en protéine kinase active, enclenche une cascade d’autophosphorylation pour finalement transmettre le groupement phosphate au domaine receveur de la protéine BvgA (Uhl et al, 1994; Uhl et al, 1996) [Figure 17]. Cette molécule possède une activité transcriptionnelle et se lie donc à des séquences d’ADN en amont des promoteurs des vags, les gènes de virulence activés par bvg. Contrairement à l’effet direct de BvgA sur les vags, BvgR est une autre protéine exerçant quant à elle un contrôle indirect sur une famille de gènes relativement peu étudiée, les vrgs ou les gènes de virulence réprimés par bvg (Merkel et al, 1995). Le système BvgA/S régule également la transcription des vags de manière différentielle menant ainsi à l’expression précoce des adhésines et l’expression plus tardive des toxines.