Quorum sensing chez P. aeruginosa

Le QS est donc un mécanisme d’adaptation et de régulation de la pathogénicité du P.

aeruginosa. L’expression, la production et/ou la sécrétion de nombreux facteurs de virulence extracellulaires de P. aeruginosa sont contrôlées par le système de signal intercellulaire QS (Favre-Bonté et al., 2003). Les deux principales molécules d’AHLs connues chez le pathogène, le N-(3-oxododecanoyl)-L-homosérine lactone (3-oxo-Ci2-HSL) et le A-butyryl- L-homosérine lactone (C4-HSL) ont la propriété de diffuser d’une bactérie à l’autre et de traverser facilement les membranes bactériennes. D’autres molécules d’AHL ont également été découvertes en très faibles quantités (Ruimy et Andremont, 2004). Un troisième signal intercellulaire a été mis en évidence chez P. aeruginosa qui n’appartient pas à la classe des

homosérines lactones, mais qui est une quinolone, le Pseudomonas quinolone signal (PQS)

(Pesci et al., 1999).

Trois systèmes de QS sont présents chez P. aeruginosa : deux circuits de QS de type LuxI/LuxR, le système las (LasI/LasR) et le système rhl (RhlI/RhlR), et un troisième circuit

de type non- LuxI/LuxR appelé le Pseudomonas quinolone signal (PQS) (Rutherford et

Bassler, 2012).

Dans le système las, le gène lasR code pour une protéine régulatrice LasR, homologue

de LuxR, et le gène lasi code pour une enzyme auto-inducteur synthase LasI, homologue de

Luxl, nécessaire à la synthèse d’un type d’AHL: le 3-oxo-C|2-HSL. Au cours de la croissance bactérienne, on observe une augmentation de la synthèse des AHL. Lorsque la quantité de ces molécules dépasse un seuil donné, témoin d’une densité bactérienne élevée, les AHLs se lient à la protéine régulatrice et activent la transcription de plusieurs facteurs de virulence et ce de manière synchrone dans toute la population bactérienne. Cette activation permet donc d’amplifier et de synchroniser la virulence à l’ensemble de la population bactérienne. Le 3- OX0-C12-HSL forme un complexe activateur avec la protéine LasR permettant d’amplifier et de coordonner l’expression de gènes de virulence par activation de leur transcription. La protéine régulatrice contient deux domaines fonctionnels. Le premier, situé au niveau de la région N-terminale de la protéine, est la région de liaison à la molécule auto-inductrice. La portion C-terminale est responsable de la liaison de la protéine aux promoteurs cibles (Choi et Greenberg, 1991). Après liaison à la molécule signal, LasR se dimérise, se lie à l’ADN et active la transcription (Kiratisin et al., 2002; Schuster et al., 2004). Le complexe

HSL/LasR active notamment la transcription des gènes lasB, lasA, aprA, codant respectivement pour la synthèse de deux élastases et d’une protéase alcaline, et toxA codant pour une exotoxine. Le complexe cible également le gène lasl, ce qui induit une amplification du système par auto-induction (Seed et al., 1995), et le gène rhll (Pesci et al., 1997).

Récemment, de multiples fonctions de 3-oxo-Ci2-HSL, en plus de son effet de régulateur de gènes, ont été suggérées par l’interaction de la molécule auto-inductrice avec des cellules de l’hôte (Davis et al., 2010). Ces fonctions interviennent dans la persistance du pathogène dans les poumons de l’hôte et affectent la réponse immunitaire de l’hôte, par augmentation de la régulation de gènes inflammatoires, exacerbant la maladie et l’infection liée à P. aeruginosa (Jahoor et al., 2008). Ainsi l’homosérine lactone 3-oxo-Ci2 stimule la production d’IL-8 dans les voies aériennes (Smith et al., 2001). Elle modifie la fonction et induit l’apoptose des mastocytes (Li et al., 2009), des macrophages et des neutrophiles (Tateda et al., 2003). De plus, la molécule auto-inductrice provoque des perturbations au niveau des mitochondries et du réticulum endoplasmique des macrophages alvéolaires et des cellules épithéliales des bronches. Elle active l’apoptose de cellules épithéliales des voies aériennes (Schwarzer et al., 2012). La molécule 3-oxo-Ci2-HSL augmente également la sécrétion des ions chlore et de fluides par la protéine CFTR des cellules épithéliales de l’arbre trachéo-bronchique. Lors de l’absence ou d’un défaut du canal CFTR, 3-oxo-Ci2-HSL ne peut affecter la sécrétion des ions chlore et des fluides et compromet la capacité de l’hôte à éliminer rapidement la bactérie des voies aériennes (Schwarzer et al., 2010).

Dans le système rhl, l’enzyme auto-inducteur synthase impliquée dans la synthèse du C4-HSL, est la protéine Rhll codée par le gène rhll. Le système rhl comprend également une protéine régulatrice, RhlR, qui lorsqu’elle est associée au C4-HSL contrôle la transcription des

gènes lasB, lasA, aprA, pyc, rhll et rhlAB. Ces deux derniers sont impliqués dans la

production des rhamnolipides qui ont un rôle dans la pathogénicité de la bactérie. Le gène pyc

code pour la production de pyocyanine (Ruimy et Andremont, 2004). Parmi les cibles du

complexe C4-HSL/RJ1IR, le gène rhll mène à une auto-induction du circuit (Rutherford et

Bassler, 2012).

Un homologue à LasR-RhlR, QscR, pour lequel il n’y a pas de partenaire homologue à Luxl, a également été mis en évidence chez P. aeruginosa (Lequette et al., 2006 ; Oinuma et

Figure 14 : Les systèmes de QS de P. aeruginosa

Membrane Membrane

C>1oplasme interne externe

Les trois synthases, LasI, RhlI et PqsABCDH, produisent respectivement les molécules auto­ inductrices 3-oxo-Ci2-HSL, C4-HSL et PQS. Les molécules de signalisation sont détectées par les facteurs de transcription cytoplasmique, LasR, RhlR et PqsR, respectivement. Chaque facteur de transcription régule l’expression de sa synthase correspondante ainsi que des cibles supplémentaires indiquées par les flèches (Rutherford et Bassler, 2012).

Greenberg, 2011). Bien que cette protéine ne soit pas associée à une auto-inducteur synthase, il a été montré qu’elle pouvait répondre à des signaux AHL notamment l’AHL générée par LasI (3-oxo-Ci2-HSL). La protéine QscR est un régulateur clé d’un sous-ensemble de gènes contrôlés par le QS (Lequette et al., 2006).

P. aeruginosa utilise un système additionnel, de type non LuxI/LuxR pour contrôler l’expression des gènes de facteurs de virulence. Le signal a été identifié comme le composé 2-

heptyl-3-hydroxy-4-quinolone et désigné le Pseudomonas quinolone signal (PQS) (Pesci et

al., 1999). PQS est détecté par le régulateur PqsR (Rutherford et Bassler, 2012). La synthèse de PQS requiert de nombreux gènes (PqsABCDH). La synthèse de PQS est en réalité sous la dépendance des systèmes Lasl/R (effet positif) et RhlI/R (effet négatif) qui contrôlent

l’expression du gène pqsR (Wade et al., 2005). Le signal PQS contrôle l’expression de

multiples gènes impliqués dans la virulence (élastase, rhamnolipides et pyocyanine) et fonctionne comme régulateur entre les deux premiers systèmes de QS. Le complexe PqsR- PQS auto-induit la synthèse de PQS et active l’expression de rhll et rhlR (Diggle et al., 2007).

Les gènes lasB et rhll sont régulés coopérativement par PQS et C4-HSL (McKnight et al.,

2000

).

La hiérarchisation du système QS a souvent positionné le système las au sommet

(Pesci et al., 1997). Cependant hiérarchiser le QS semble beaucoup plus complexe (Dekimpe

et Déziel, 2009). Il a été démontré que le système rhl peut être activé indépendamment du

système las (Diggle et al., 2007). RhlR est en effet capable de surmonter l’absence de las par l’activation de fonctions spécifiques contrôlées par LasR, incluant la production de 3-oxo-Ci2- HSL et de PQS. P. aeruginosa est ainsi capable de contourner un déficit dans un système de QS en permettant à un autre système de prendre la relève (Dekimpe et Déziel, 2009).

Figure 15 : Maladies infectieuses humaines provoquées par des biofilms bactériens

(1) Sinusite chronique ; (2) Infection de shunt cérébral ; (3) Kératite associée aux lentilles de contact ; (4) Otite moyenne chronique ; (5) Infection d’implant cochléaire ; (6) Infection de brûlure ; (7) Infection de cathéter intravasculaire ; (8) Infection de valve artificielle cardiaque ; (9) Infection de pacemaker ; (10) Infection de matériel électrophysiologique cardiaque; (11) Infection de cathéter biliaire; (12) Infection de cathéter de dialyse péritonéale ; (13) Infection de prothèse articulaire ; (14) Infection de cathéter urinaire ; (15) Infection de stent intravasculaire ; (16) Infection pulmonaire chez les patients atteints de mucoviscidose ; (17) Pneumopathie liée à la ventilation artificielle ; (18) Infection d’implant mammaire (del Pozo et Patel, 2007).

III. LE BIOFILM