Influence and reliance of Chlamydia trachomatis on host glucose metabolism - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Influence and reliance of Chlamydia trachomatis on host glucose metabolism

Influence et dépendance de Chlamydia trachomatis vis-à-vis du métabolisme du glucose de la cellule hôte

Résumé

Microorganisms with an intracellular development lifestyle exert a strong pressure on the metabolism of their host, since they obtain all their nutriments from its cytoplasm. The obligate intracellular bacteria Chlamydia trachomatis provides an extreme illustration of this: they rely on the host not only for the supply of glucose, their main carbon source, but probably also, at least partially, for the supply of the energy currency generated through glucose catabolism, adenosine triphosphate (ATP). These bacteria undergo a particular biphasic developmental cycle: the infectious bacteria, or elementary bodies (EBs), adhere to the membrane of a host cell, typically of the epithelium of the genital tract, and trigger their internalization. Once inside a membrane-bound compartment, called an inclusion, the bacteria express a new set of genes and convert to reticulate bodies (RBs). This only replicative form of the bacteria has a higher metabolism than EBs. Bacteria multiply in the inclusion several times until RBs convert back to EBs, which, once released, can initiate a new infectious cycle. The metabolic pressure exerted by the bacteria on their host thus evolves with time. However, whether infection modulates the metabolism of its host, and the degree of the reliance of individual steps of the bacterial development cycle on host metabolism, remain largely unknown. In this work, using primary epithelial cells and a cell line of non tumoral origin, we showed that the two main ATP producing pathways of the host, glycolysis and oxidative phosphorylation, remained fairly stable during infection. These results suggest that, against our expectations, there is no significant shift of the host metabolism towards glycolysis during infection. Inhibition of either pathway strongly reduced the capacity of the bacteria to undergo a developmental cycle. While EBs showed some degree of energetic autonomy in the synthesis of the first proteins expressed at the onset of infection, a functional glycolysis was necessary for the establishment of early inclusions, while oxidative phosphorylation is less needed at this early stage of development. The relative importance of the two pathways to sustain the initial steps of infection correlates with their relative contribution in maintaining ATP levels in epithelial cells, glycolysis being the main contributor. Altogether, this work confirms the dependence of the bacteria on the ATP production capacity of the host. However, ATP consumption by the bacteria appears to be fairly balanced with the normal production capacity of the host, and the autonomous production capacity of the bacteria, so that no major shift in host metabolism is required to meet bacterial needs.
Les microorganismes à développement intracellulaire exercent une pression importante sur le métabolisme de leur hôte, car ils obtiennent tous leurs nutriments de son cytoplasme. Les bactéries intracellulaires obligatoires Chlamydia trachomatis en sont une illustration extrême : elles dépendent de leur hôte non seulement pour l’apport en glucose, leur source principale de carbone, mais probablement aussi, au moins partiellement, pour l’obtention de la monnaie énergétique issue du catabolisme du glucose, l’adénosine triphosphate (ATP). Ces bactéries effectuent un cycle de développement biphasique: les bactéries infectieuses, ou corpsélémentaires (EBs), adhèrent à la membrane d’une cellule hôte, typiquement une cellules épithéliale du tractus génital, et provoquent leur internalisation. Une fois à l’intérieur d’un compartiment délimité par une membrane, appelé inclusion, les bactéries expriment un nouveau jeu de gènes et se transforment en corps réticulés (RBs). Le métabolisme des RBs, qui constitue la seule forme réplicative des bactéries, est plus élevé que celui des EBs. Les bactéries se multiplient plusieurs fois dans l’inclusion jusqu’à ce que les RBs se convertissent en EBs, qui, une fois relargués de la cellule-hôte, peuvent initier un nouveau cycle infectieux. La pressionmétabolique exercée par les bactéries sur leur hôte évolue donc tout au cours du temps. Savoir si l’infection module le métabolisme de son hôte, et dans quelle mesure les différentes étapes du cycle de développement dépendent de ce métabolisme, demeurent des questions ouvertes. Dans ce travail, en utilisant des cellules épithéliales primaires et une lignée cellulaire d’origine non tumorale, nous avons montré que les deux voies métaboliques principales pour la production d’ATP chez l’hôte, la glycolyse et la phosphorylation oxydative, restaient largement stables durant l’infection. Ces résultats indiquent que contrairement à nos attentes, il n’y a pasde basculement significatif du métabolisme de l’hôte vers la glycolyse durant l’infection. L’inhibition de l’une ou l’autre de ces deux voies diminue fortement la capacité des bactéries à effectuer leur cycle de développement. Bien que les EBs démontrent un certain degré d’autonomie énergétique pour la synthèse des protéines exprimées dans la phase initiale de l’infection, une glycolyse fonctionnelle est requise pour accompagner la formation des inclusions, tandis que la phosphorylation oxydative est moins nécessaire à ce stade précoce du développement. L’importance relative des deux voies pour soutenir les étapes initiales de l’infection corrèle avec leur contribution respective à maintenir le niveau d’ATP dans les cellules épithéliales, la glycolyse étant le contributeur principal. En conclusion, ce travail confirme la dépendance des bactéries vis à vis de la capacité de production d’ATP de l’hôte. Cependant, la consommation d’ATP par les bactéries semble en équilibre avec la production normale des cellules épithéliales et la production autonome par les bactéries, en sorte que le métabolisme de l’hôte ne nécessite pas de remodelage profond pour répondre aux besoins des bactéries.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03824916 , version 1 (21-10-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03824916 , version 1

Citer

Maimouna Djamila Sadio N'Gadjaga. Influence and reliance of Chlamydia trachomatis on host glucose metabolism. Microbiology and Parasitology. Sorbonne Université, 2021. English. ⟨NNT : 2021SORUS486⟩. ⟨tel-03824916⟩
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