The transcriptional analysis of the macrophages' innate immune responses to «Salmonella typhiumurium and Legionella pneumophila» infection

Macrophages are the first line of defense against microbial pathogens; they recognize microbial structures and products via surface receptors (Fc, C3b, SR, TLR) and intracellular antigen sensors (NLR family). Engagement of surface receptors results in phagocytosis of the microbe into a specialized vacuole, the phagosome. Through a series of fusogenic events, the phagosome matures into a fully microbicidal phagolysosome that is highly acidic and contains a number of degradative enzymes and toxic molecules that cause destruction of the microbe. Salmonella typhimurium (S. typhimurium) and Legionella pneumophila (L. pneumophila) are two pathogenic Gram-negative bacteria that are able to block phagosome maturation. Our hypothesis is that the macrophages' response to these pathogens contains a core response, which is induced by both pathogens, as well as a pathogen-specific response. We used a genome-wide transcription profiling approach to compare macrophage responses to phagocytosis of S. typhimurium or L. pneumophila at early time points, 2h (T2) and 4h (T4) post-infection (p.i.). The infections were performed on the macrophage-like cell line J774, and RNA isolated from infected and non-infected cells was hybridized to Mouse WG6 Illumina microarrays. Pairwise analysis led to the identification of 159 genes differently regulated compared to Non Infected (NI) samples in response to L. pneumophila infection at T2, 148 genes at T4 and 192 genes differently regulated in response to S. typhimurium at T2, and 402 genes at T4. Comparative analysis identified three groups of genes: 164 (T2) and 347 (T4) "Salmonella typhimurium-specific" genes, 131 (T2) and 99 (T4) "Legionella pneumophila-specific" genes. This analysis also revealed that 28 (T2) and 49 (T4) genes were differentially expressed in response to both pathogens. A list of 27 genes was validated using quantitative RT-PCR. Networking programs, including STRING or Pathvisio were used to generate 3 interaction networks illustrative of these three groups of genes. Our results clearly show that TNF-α is associated with the macrophage response to both infections, with this gene playing a central role in this pathway. The Legionella specific pathway is centered on Egr1, Fos and Jun whereas the Salmonella specific pathway has 3 nodes centered on Il10, Il6 and Ccnd1.Les macrophages représentent la première ligne de défense contre les pathogènes intracellulaires. Ils sont capables d'identifier des structures et protéines spécifiques aux bactéries grâce à des récepteurs membranaires, (Fc, C3b, SR and TLR) et à des molécules cytosoliques capables de reconnaitre des antigènes sur la surface des bactéries. Le contact entre les récepteurs à la surface des deux protagonistes entraine la phagocytose du microbe dans un compartiment spécialisé appelé le phagosome. À la suite d'une série d'évènements de maturation, le phagosome se développe en un phago-lysosome capable de détruire les microbes phagocités grâce à leur environement très acide et la présence d'enzymes dégradatives et de molécules toxiques pour les pathogènes. Salmonella typhimurium (S. typhimurium) et Legionella pneumophila (L. pneumophila) sont deux bactéries Gram-négatives capables d'éviter la réponse immunitaire innée. Notre hypothèse défend l'idée que la réponse du macrophage à ces deux pathogènes comprend une réponse commune, élicitée par les deux bactéries et une réponse spécifique à chacun de ces pathogènes. Nous avons utilisé une étude transcriptionnelle, à l'échelle du génome, pour comparer les premières réponses à 2h (T2) et 4h (T4) suivant l'infection du macrophage par S. typhimurium à celle par L. pneumophila. Les infections ont été faites sur des cellules immortalisées, J774 et l'ARN a été isolé puis hybridé sur des micropuces (Illumina MouseWG6). Une comparaison par paire nous a permis d'identifier 159 gènes régulés de manière différente entre les groupes non infectés et ceux infectés par L. pneumophila à T2, 148 gènes à T4; similairement 192 gènes à T2 et 402 à T4 étaient différemment régulé par l'infection de S. typhimurium. Une analyse comparative des résultats de micropuces entre les infections avec ces deux pathogènes nous a permis de générer trois groupes de gènes : 164 (T2) et 347 (T4) gènes sont impliqués dans la réponse du macrophage à l'infection de S. typhimurium tandis que 131 (T2) et 99 (T4) gènes sont associés à la réponse à l'infection de L. pneumophila. Cette analyse a aussi révélé 28 (T2) and 49 (T4) gènes appartenant à une réponse commune du macrophage à ces deux infections. Une liste de 27 gènes à été validé par amplification en chaîne par polymérase (PCR) et l'utilisation de programmes tels que STRING et Pathvisio nous a permis de créer 3 schémas d'interactions entre les gènes de nos trois groupes. Nos résultats montrent que TNF-α est clairement associé à la réponse du macrophage aux deux bactéries et semble être au centre de la réponse aux infections. La réponse spécifique à Legionnella est centrée autour de 3 gènes, Egr1, Fos et Jun tandis que la réponse spécifique à Salmonella est, elle, centrée sur IL10, Il6 et Ccnd1