Étude des mécanismes de dissémination du peptidoglycane de l'intestin au cerveau et de ses effets

La physiologie et la pathologie de l'hôte sont fortement influencées par les micro-organismes. Ces dernières années, nous avons réalisé que des perturbations dans la composition de notre microbiote intestinal ou dans la manière dont le système immunitaire interagit avec ces microorganismes perturbent l'homéostasie de l'hôte. Ces modifications entraînent un dysfonctionnement de l'immunité, de la digestion, du métabolisme, de la physiologie, de la morphologie et du comportement. Nous avons précédemment montré que les bactéries symbiotiques et leur peptidoglycane induisent le développement de tissus lymphoïdes, qui à leur tour contrôlent le nombre de bactéries présentes dans la lumière intestinale. Des mutations dans les récepteurs de l'hôte pour le peptidoglycane sont associés à un nombre croissant de maladies humaines. Il reste encore beaucoup à résoudre concernant la façon dont les micro-organismes interagissent avec les cellules hôtes. Alors que les bactéries atteignent rarement la circulation générale, les motifs moléculaires associés aux microbes peuvent atteindre la circulation sanguine et les organes. Cependant, une telle distribution physiologique à l'intérieur de l'hôte mammifère et les conséquences de sa perturbation sont largement inconnues. Ce projet visait donc à élucider comment les bactéries intestinales et leurs produits, en particulier le peptidoglycane, interagissent avec l'hôte mammifère à l'aide du modèle de la souris. En conséquence, en utilisant des stratégies de radiotracking et de microscopie à fluorescence dans un modèle murin, nous avons étudié la cinétique de dissémination du peptidoglycane à l'intérieur d'un hôte mammifère, ses mécanismes d'absorption et de transport aux niveaux cellulaire et tissulaire, et plusieurs facteurs fondamentaux régissant ces processus. La première observation clé présentée ici était le fait que le peptidoglycane présente un tropisme spécifique à chaque organe de l'hôte. La nature des molécules de peptidoglycane ainsi que sa voie d'entrée influencent les cibles vers lesquelles le peptidoglycane se trouve préférentiellement. En conséquence, des processus actifs semblent avoir lieu au niveau de la paroi intestinale afin de métaboliser et de transporter le peptidoglycane. La colonisation a été découverte comme essentielle pour l'induction de la capacité de l'hôte à absorber et à distribuer le peptidoglycane, un processus montré susceptible de modulation même tout au long de la vie adulte et dont nous avons commencé à disséquer les mécanismes sous-jacents. La pulsion parasympathique s'est avérée essentielle en ce qui concerne l'absorption de peptidoglycane, et les cellules caliciformes ont été identifiées comme des piégeurs importants pour le peptidoglycane dérivé de l'intestin. En parallèle, des preuves ont été recueillies soutenant un rôle putatif des exosomes dans la distribution du peptidoglycane dans tout l'organisme. Enfin, nous avons développé une méthode sans sonde, basée sur la fluorescence de chimie clic pour le suivi de peptidoglycane dans les tissus. Un nombre croissant de conditions humaines est modulé par des altérations du peptidoglycome intestinal et extra-intestinal. Les réponses de l'hôte au peptidoglycane sont médiées par l'activation / l'inhibition de l'expression génique, conduisant ainsi à des altérations au niveau du transcriptome, du protéome et du métabolome de l'hôte. En raison de ses effets répandus, le peptidoglycane est susceptible de jouer un rôle important dans l'expression phénotypique et pathologique. Par conséquent, nous sommes obligés d'élargir notre vision et d'inclure les muropeptides en tant que partie intégrante du métabolome de l'hôte. Un tel niveau de complexité supplémentaire ouvre de multiples voies de recherche (thérapeutiques et développementales). L'activation de base de plusieurs processus biologiques médiés par le peptidoglycane dans l'organisme et son maintien dans les niveaux physiologiques est d'une importance primordiale.Host physiology and pathology are strongly influenced by microorganisms. In recent years, we have come to realize that perturbations in the composition of our intestinal microbiota or in the way the host immune system interacts with these microorganisms both disrupt host homeostasis. Alterations in gut microbiota composition lead to dysfunctional immunity, digestion, metabolism, physiology, morphology and behaviour. We have previously shown that symbiotic bacteria, and their peptidoglycan molecules, induce the development of intestinal lymphoid tissues, which in turn control the number of bacteria present in the intestinal lumen. In turn, mutations in the host receptors for peptidoglycan are increasingly recognised as implicated in a number of human diseases. Much remains to be solved pertaining to the interactions between microorganisms and host cells, particularly the interactions taking place in the steady-state. Whereas intestinal bacteria rarely reach the general circulation, microbe-associated molecular patterns, such as peptidoglycan, can reach the bloodstream and peripheral organs. However, such physiological distribution of peptidoglycan inside the mammalian host, and the consequences of its perturbation, are largely unknown. This project thus aimed to elucidate how peptidoglycan generated by the gut bacteria interact with the mammalian host. Accordingly, using radiotracking and fluorescence microscopy strategies in a mouse model, we investigated the kinetics of peptidoglycan dissemination inside a mammalian host, its mechanisms of absorption and transportation at the cellular and tissue levels, and several fundamental factors governing these processes. The first key observation presented herein, was that following intestinal translocation, peptidoglycan displays an organ-specific tropism inside the host. The nature of peptidoglycan molecules and its entry route influence the targets to which peptidoglycan preferentially homes. Intestinal colonization was discovered as critical for the induction of the host's ability to take up and distribute peptidoglycan, a process we demonstrate is amenable to modulation even throughout adult life and whose underlying mechanisms we have begun to dissect. Accordingly, active processes seem to take place at the level of the intestinal wall in order to metabolize and shuttle peptidoglycan. The parasympathetic drive has been found to be critical when it comes to peptidoglycan uptake, and goblet cells were identified as prominent scavengers for gut-derived peptidoglycan. In parallel, evidence that suggests a putative role for exosomes in the distribution of peptidoglycan throughout the host organism has been generated. Lastly, we have developed a click chemistry-based method for peptidoglycan tracking in the host tissues, with only minor alterations to the peptidoglycan chemistry. Assay development lead us to the hypothesis that a tight selection for muropeptides takes place at the level of the intestinal wall and is likely to guide future studies. An increasing number of human conditions is modulated by intestinal and extra-intestinal "peptidoglycome" alterations. Host responses to peptidoglycan are mediated by activation/inhibition of gene expression, thereby leading to alterations at the level of the host transcriptome, proteome and metabolome. Because of its widespread effects, peptidoglycan is likely to have a significant role in phenotypic and disease expression. Consequently, we are forced to expand our holistic view of the mammalian host, and to include peptidoglycan as an integral part of the host metabolome. The integration of the "peptidoglycome" to the host metabolome opens new therapeutic and developmental research avenues. The steady-state activation of several biological processes mediated by peptidoglycan throughout the host organism and its maintenance within physiological levels is of paramount importance