L’injection de protéines de virulence dans la cellule hôte constitue une stratégie classiquement utilisée par les pathogènes bactériens pour interférer avec des voies de transduction pro-inflammatoires et moduler la réponse immunitaire. Cependant, les mécanismes moléculaires permettant à ces effecteurs de contrôler sélectivement l’expression transcriptionnelle de gènes clés de la réponse immunitaire restaient non identifiés. Nous avons donc cherché à élucider un de ces mécanismes lors de l’infection cellulaire par le pathogène bactérien Shigella flexneri [ 1]. Malgré une capacité évidente de ce pathogène à activer des voies de signalisation pro-inflammatoires, l’analyse en transcriptome montrait que le profil de gènes activés par ce pathogène restait limité, suggérant que Shigella avait développé une stratégie pour « sculpter » la réponse transcriptionnelle [ 2]. Nous avons dans un premier temps observé que Shigella induisait une accumulation nucléaire de la MAP-kinase (mitogen-activated protein kinase) Erk sous sa forme inactive déphosphorylée sur les deux résidus thréonine et tyrosine localisés dans son domaine kinase. Ce résultat suggérait la mise en jeu d’une phosphatase nucléaire que nous avons identifiée comme étant l’effecteur bactérien OspF. L’analyse en transcriptome réalisée sur une lignée de cellules épithéliales coliques montrait que OspF réprimait un nombre très limité de gènes (46 gènes), principalement des gènes codant des protéines de réponse rapide et certaines chimiokines comme CCL20 (MIP-3α) et l’interleukine-8, dont la réponse promotrice est essentiellement sous la dépendance du facteur de transcription NF-κB. Curieusement, nos résultats indiquaient que OspF n’altérait pas l’activation de NF-κB induite par le stress bactérien. Comment cet effecteur pouvait-il donc sélectivement réprimer l’expression d’un nombre limité de gènes dont certains sont principalement sous le contrôle de la voie de signalisation NF-κB ?

L’activité transcriptionnelle d’un gène est étroitement liée à la structure de la chromatine. Les extrémités amino-terminales des histones font saillie à l’extérieur du nucléosome et sont la cible de modifications post-traductionnelles telles que l’acétylation, la phosphorylation ou la méthylation localisées sur des résidus spécifiques pour chaque histone. Il a été suggéré que l’ensemble de ces modifications constitue un code, appelé « code des histones » dont la fonction serait de moduler la liaison de protéines avec le nucléosome [ 3]. En particulier, certaines combinaisons de modifications créent des sites de reconnaissance pour des protéines impliquées dans le remodelage chromatinien, et régulent ainsi l’accessibilité des facteurs de transcription au site promoteur. Ainsi, la stimulation des voies de signalisation MAP-kinases Erk ou p38 conduit à la phosphorylation sur le résidu sérine 10 d’une fraction d’histones H3 associée à des promoteurs dont ceux des gènes de réponse rapide et d’un groupe spécifique de chimiokines incluant l’interleukine 8 [ 4, 5]. Pour ces gènes, la phosphorylation sur la sérine 10, associée à l’acétylation de l’histone H3 sur la lysine 14, permettrait le recrutement de complexes protéiques favorisant la décompaction de la chromatine et donc l’accessibilité du facteur de transcription NF-κB au site promoteur [5]. Cette étude suggère que certaines chimiokines ont probablement un site promoteur « caché », en raison d’une configuration chromatinienne non permissive, la phosphorylation des histones H3 (sérine 10) induite par l’activité MAP-kinase permettant de passer d’un état de chromatine réprimée pour la transcription à une chromatine permissive capable de recruter NF-κB.

Nous avons donc formulé l’hypothèse selon laquelle l’activité phosphatase de OspF dirigée contre les MAPK conduisait à un arrêt de la phosphorylation de l’histone H3, perturbant ainsi l’accessibilité de NF-κB sur son site promoteur. Nos résultats montrent en effet que lors d’un stimulus bactérien, OspF se localise dans le noyau et, en inactivant les MAP-kinases Erk et p38, bloque la phosphorylation de l’histone H3 sur le résidu sérine 10. Des expériences d’immunoprécipitation de chromatine ont montré que l’injection d’OspF permet de bloquer la phosphorylation de l’histone H3 précisément au niveau du promoteur de l’interleukine-8, cet effet n’étant pas observable avec les promoteurs de gènes codant par exemple IκB-α, CD44 ou la protéine ribosomale RLP0 dont les niveaux de phosphorylation restent identiques après infection par les souches de Shigella sauvages ou mutées pour OspF. Ce résultat démontre que les modifications épigénétiques induites par OspF sont spécifiques de certains gènes. Cette spécificité pourrait être en rapport avec la capacité de OspF d’inactiver les MAP-kinases. En effet, diverses études suggèrent que les MAP-kinases sont directement recrutées sur les sites promoteurs des gènes qu’elles régulent [ 6– 8]. Ainsi, des travaux essentiellement réalisés chez la levure montrent qu’en réponse au stress osmotique, la kinase Hog1 (homologue de p38 MAP-kinase) est recrutée de façon stable sur ses promoteurs cibles par l’intermédiaire du facteur de transcription Hot1 et que le nombre de gènes occupés par la kinase est faible (39 gènes) comparé aux 600 gènes dont la régulation est sous le contrôle de l’activité Hog1 kinase [6–8]. Cela suggère que le recrutement chromatinien des MAP-kinases sur les sites promoteurs est spécifique de certains gènes, les mécanismes moléculaires conférant cette spécificité restant non élucidés. Nous suggérons donc un modèle dans lequel la localisation nucléaire de l’effecteur OspF pourrait fortement contribuer à l’inactivation des MAP-kinases au niveau chromatinien sur certains sites promoteurs. Ce mécanisme permettrait d’inhiber la phosphorylation de l’histone H3 en sérine 10 sur le gène d’intérêt, et de réduire l’accessibilité de NF-κB sur le site promoteur (Figure 1). Nos résultats indiquent en effet que OspF réprime les recrutements de la sous-unité p65 de NF-κB et de l’ARN polymérase II sur le promoteur de l’interleukine-8. Ainsi, OspF inhibe l’expression de ce gène en perturbant l’accessibilité au site promoteur d’éléments majeurs du complexe transcriptionnel. La production d’interleukine-8 joue un rôle central dans la physiopathologie de la shigellose car elle contrôle l’afflux muqueux des polynucléaires neutrophiles (PN) et leur migration trans-épithéliale, conduisant à la rupture de l’intégrité de la barrière épithéliale nécessaire à l’invasion bactérienne [ 9]. Nous avons donc analysé l’impact in vivo de OspF dans un modèle d’anse intestinale ligaturée de lapin. OspF réprime l’afflux de PN dans la muqueuse et la lumière intestinales. Ce résultat est donc en accord avec les données transcriptionnelles obtenues in vitro et suggère une stratégie habile de survie bactérienne à la surface des muqueuses.

Figure 1. Modèle de modulation de l’information épigénétique de la cellule hôte par l’effecteur bactérien OspF. La souche déficiente pour OspF induit la phophorylation de l’histone H3 sur le résidu sérine 10 via l’activation des MAP-kinases p38 et Erk. Cette phosphorylation survient sur des histones H3 acétylées au niveau de la lysine 14 conduisant à un « code histone » favorisant la décompaction chromatinienne et l’ouverture du site promoteur au facteur de transcription NF-κB. La souche sauvage injecte OspF via son appareil de sécrétion de type III. OspF déphosphoryle et inactive les MAP-kinases dans le noyau, altérant ainsi la formation d’histone H3 phosphorylées en sérine 10 au niveau du site promoteur du gène d’intérêt. Ces modifications épigénétiques « verrouillent » l’accès du site promoteur au facteur de transcription NF-κB.

Figure 1. Modèle de modulation de l’information épigénétique de la cellule hôte par l’effecteur bactérien OspF. La souche déficiente pour OspF induit la phophorylation de l’histone H3 sur le résidu sérine 10 via l’activation des MAP-kinases p38 et Erk. Cette phosphorylation survient sur des histones H3 acétylées au niveau de la lysine 14 conduisant à un « code histone » favorisant la décompaction chromatinienne et l’ouverture du site promoteur au facteur de transcription NF-κB. La souche sauvage injecte OspF via son appareil de sécrétion de type III. OspF déphosphoryle et inactive les MAP-kinases dans le noyau, altérant ainsi la formation d’histone H3 phosphorylées en sérine 10 au niveau du site promoteur du gène d’intérêt. Ces modifications épigénétiques « verrouillent » l’accès du site promoteur au facteur de transcription NF-κB.