Soutenance de thèse de Raphael TAVIGNOT

Ecole Doctorale
Sciences de la Vie et de la Santé
Spécialité
Biologie-Santé - Spécialité Biologie du Développement
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
drosophile,immunité-innée,metamophose,cerveau,apoptose,organ-wasting
Keywords
drosophila,innate-immunity,metamorphosis,brain,apoptosis,organ-wasting
Titre de thèse
Étude des conséquences de l’activation de la voie imd au cours de la métamorphose et la vie adulte de la drosophile
Consequenses of imd pathway activation during metamorphosis and adult life of drosophila
Date
Vendredi 19 Octobre 2018
Adresse
Parc Scientifique de Luminy, 163 Avenue de Luminy, 13009 Marseille
Amphi 12
Jury
Directeur de these Julien ROYET Institut de Biologie du Développement de Marseille (IBDM)
Rapporteur Michelle CROZATIER-BORDE Centre de Biologie Intégrative
Rapporteur Yaël GROSJEAN Centre des Science du Gout et de l'Alimentation
CoDirecteur de these Olivier ZUGASTI Institut de Biologie du Développement de Marseille (IBDM)

Résumé de la thèse

La réponse immunitaire innée est la première ligne de défense des organismes multicellulaires contre les microorganismes qui les entourent, pathogènes ou non. Son activation repose sur la détection par des récepteurs spécifiques de molécules du non-soi constitutifs des microorganismes. Cette détection entraine l’activation de voies de signalisation intracellulaires aboutissant à la production rapide de molécules antimicrobiennes. Au cours d’une infection, l’immunité innée est rapidement mise en place et reste active jusqu’à l’élimination du pathogène. La temporalité, l’intensité et la durée de la réaction immunitaire sont des paramètres essentiels qui doivent être étroitement contrôlées au risque de devenir délétère pour l’hôte. Chez l’Homme, l’activation incontrôlée du système immunitaire innée est mise en cause dans de nombreuses pathologies telles que les maladies auto-immunes et inflammatoires chroniques ou encore dans certains cancers. Les voies de signalisation intracellulaires activées pendant une réponse immunitaire innée sont très conservées au cours de l’évolution. Les voies de signalisation de type NFκ-B des TLRs (« Toll-Like Receptor ») et du TNF (« Tumor Necrosis Factor ») des mammifères sont les homologues respectifs des voies toll et IMD de la drosophile Drosophila Melanogaster. Chez celle-ci, une infection bactérienne conduit à l’activation des voies toll et IMD via la détection du peptidoglycane (PG), un composant de la paroi bactérienne, par des récepteurs PGRPs (« Peptidoglycan Recognition Proteins »). L’activation de ces voies de signalisation conduit à la production de peptides antimicrobiens (AMPs) qui agissent comme défense contre les microorganismes. Durant ma thèse, j’ai utilisé la drosophile comme organisme modèle pour étudier les conséquences d’une activation non contrôlée de la voie IMD sur la physiologie de l’organisme. Le premier projet auquel j’ai participé montre que l’inactivation de PGRP-LF, un PGRP régulateur négatif de la voie IMD, conduit à l’activation de cette cascade de signalisation dans les tissus larvaires dérivés de l’ectoderme en absence d’infection. Cette activation entraine l’expression ectopique dans ces tissus d’AMPs et de la protéines DIAP1 (pour « Drosophila Inhibitor of Apoptosis 1 »). Pendant la métamorphose, l’expression de DIAP-1 est suffisante pour induire la malformation de certains tissus de la drosophile adulte. Cette étude met en évidence une fonction développementale de la voie IMD au cours de la métamorphose de la drosophile. Dans la seconde partie de ma thèse, j’ai pu démontrer d’une part que durant une infection chronique des drosophiles adultes, le maintien de l’activation de la voie IMD entraine l’apparition de nombreux phénotypes tels qu’une baisse de l’espérance de vie, des troubles locomoteurs, de la neurodégénérescence et l’atrophie du corps gras et des ovaires. D’autre part, la glie périneuriale, un composant de la barrière hématoencéphalique, induit de manière auto-nome une réaction immunitaire suite à la détection de PG présent dans l’hémolymphe. Les résultats obtenus démontrent que l’activation de la voie IMD spécifiquement au niveau de la glie périneuriale participerait activement à l’apparition des phénotypes observés. De plus, la modulation de la signalisation intracytoplasmique de la voie IMD dans ces cellules périneuriales inhibe l’apparition des phénotypes observés au cours d’une infection chronique. Les résultats acquis au cours de ma thèse confirment et étendent au cerveau le rôle essentiel que joue le PG comme médiateur des interactions bactéries-drosophile. Mes travaux montrent que, comme pour les autres tissus immunocompétents, l’activation de la voie IMD dans le cerveau par le PG doit être finement régulée. Mon travail a enfin permis de comprendre les mécanismes moléculaires par lesquels une activation non contrôlée de la voie IMD provoque des dommages à l’hôte et suggère que des ligands endogènes pourraient exister pour la voie IMD.

Thesis resume

Innate immunity is the first line of defense of multicellular organisms against the surroundings microorganisms, whether they are pathogenic or not. Its activation is based on detection of constitutive microorganism molecules by specifics non-self receptors. This detection lead to the activation of intracellular pathways inducing antimicrobial molecules production. Upon infection, innate immunity quickly takes place and stay activated until pathogen elimination. The timing, intensity and duration of the immune response are crucial parameters that must be tightly controlled at the risk of becoming deleterious for the host. In Human, non-controlled innate immunity activation has been linked to several pathologies like auto-immune and chronic inflammatory diseases or cancers. Intracellular signaling pathways activated during an innate immune response are well evolutionary conserved. The mammals TLRs («Toll-like Receptor ») and TNF (« Tumor Necrosis Factor ») NFκ-B signaling pathways are respectively homologous to the TOLL and IMD pathways of the fruit fly Drosophila Melanogaster. Upon bacterial infection, the drosophila activate TOLL and IMD pathways by detecting a bacterial cell-wall component, the peptidoglycan (PG) by PGRPs (« Peptidoglycan Recognition Proteins ») receptors. Ultimately, pathways activation lead to antimicrobial peptides (AMPs) production, acting as defense against microorganisms. During my PhD I used the drosophila as model organism to study the consequences of an uncontrolled IMD pathway activation on the fly physiology. The first project I’ve been involved in demonstrate that inactivation of PGRP-LF, an IMD negative regulator PGRP, lead to the pathway activation without infection in ectodermal derivatives. This activation lead to an ectopic expression of AMPs and DIAP1 (« Drosophila Inhibitor of Apoptosis 1 ») in these tissues. We proved that this DIAP1 expression during metamorphosis is sufficient to induce defects of some adult drosophila tissues. This study high-lights a developmental IMD activation function during drosophila metamorphosis. During the second part of my PhD, I firstly demonstrate that upon adults’ chronic infection, the maintenance of IMD pathway activation lead to the appearance of numerous phenotype as, shorten lifespan, locomotor defects, neurodegenerescence, fat body and ovaries atrophy. Within the brain, perineurial glia, a component of the blood brain barrier, can autonomously detect hemolymph circulating PG and mount an immune response. Moreover, an IMD pathway activation within perineurial glia actively participate to the appearance of the chronic infection phenotypes. We also show that an intracytoplasmic modulation of the pathway in those cells inhibit the appearance of those phenotypes. Taken together, the results acquired during my PhD confirm and extend to the brain the essential role of PG as mediator of drosophila-bacteria interactions. My work shows that as for the other immune-competent tissues, IMD pathway activation must be well controlled within the brain. Finally, I found out a molecular mechanism by which a non-controlled IMD pathway activation can causes host damages and could suggest that an endogenous ligand may exist for the IMD pathway.