Deciphering the onset of Cystic Fibrosis lung disease

La mucoviscidose est la maladie génétique la plus fréquente dans les populations caucasiennes. Elle est causée par des mutations du gène codant pour la protéine CFTR. Elle se caractérise par une inflammation et une infection pulmonaire chronique avec hypersécrétion de mucus. P. aeruginosa y trouve avantage pour coloniser les poumons. Les objectifs de cette thèse ont été de caractériser, dans un modèle porcin, les altérations de la composition biochimique des mucines dès la naissance; d’identifier les mécanismes moléculaires responsables de ces altérations; d’évaluer l’impact sur la colonisation par P. aeruginosa. Nous avons montré que les mucines respiratoires des porcelets CFTR-/- étaient plus sialylées que celles des porcelets CFTR+/+ dès la naissance, avant toute infection ou inflammation. Ces altérations n’étaient pas corrélées à des changements d’expression des mucines, ni à des changements d’expression génique ou protéique des siayltransférases. Nous avons démontré un effet direct de l’activité du canal CFTR sur la sialylation des mucines, pouvant être expliqué par un stress du réticulum endoplasmique. Nous avons également démontré que le transport muco-ciliaire est incapable d’éliminer les bactéries. Cette hypersialylation favorise l’adhésion de P. aeruginosa aux mucines et engendre un environnement favorable à sa croissance. L’infection des porcelets CFTR-/- et CFTR+/+ par P. aeruginosa entraine les mêmes modifications de sialylation. Ce travail de thèse a permis de comprendre comment P. aeruginosa est capable de coloniser les poumons CFTR-/-. Il constitue la base de travaux futurs visant à développer de nouveaux glycomimétiques pour lutter contre ces infections.Cystic fibrosis is the most common lethal genetic disease in Caucasian populations caused by mutations in the gene coding for the CFTR protein. It is characterized by inflammation, hypersecretion of respiratory mucins and colonization of the lungs by a variety of bacteria such as P. aeruginosa. The objectives of this thesis were to characterize the biochemical alterations of mucins at birth; to identify the molecular mechanisms responsible for these alterations; to evaluate the impact of these alterations on P. aeruginosa lung colonization. We have shown that the respiratory mucins of CFTR-/- piglets were more sialylated before any previous infection or inflammation. These alterations in mucin glycosylation were not correlated with changes in the expression or localization of the secreted mucins, nor with changes in the gene and protein expression of sialyltransferases. We demonstrated a direct effect of the CFTR channel activity on mucin sialylation, which could be explained by endoplasmic reticulum stress. We have shown that mucociliary transport was unable to eliminate bacteria. The changes in mucin sialylation promoted adhesion of P. aeruginosa to the secreted mucins and created a favorable environment for its growth. The same profiles of hypersialylated glycans, as those observed constitutively in CFTR-/- neonates, were detected after infection by P. aeruginosa. Our results prove that sialylation provides a favorable ecological niche for P. aeruginosa. Data gleaned from these study provide new leads for the design of sialylated glycomimetics and the development of therapeutic strategies for treating infections