Identification of factors favoring the implantation of adherent-invasive Escherichia coli in Crohn’s disease patients : role of epigenetic regulators and of a “western diet”
Identification des facteurs favorisant l’implantation des Escherichia coli adhérents et invasifs chez les patients atteints de maladie de Crohn : rôle de régulateurs épigénétiques et du régime alimentaire de type occidental
Résumé
Crohn’s disease (CD) is an inflammatory bowel disease (IBD), evolving in a relapsing and remitting manner. No curative treatment exists for this debilitating disease, only symptomatic treatments are available to limit the frequency and intensity of the inflammatory flares. Different factors are involved in the development of CD such as genetic susceptibilities, environmental factors and microbiota composition. The consumption of a “western diet”, characterized by a high intake in fats, sugar and processed foods and a reduced quantity of fibers, is one of the major environmental factors involved in the development of CD. The adherent-invasive Escherichia coli (AIEC) pathotype abnormally colonizes the ileal mucosa of CD patients through mechanisms which have not been fully characterized. Recently, a renewed focus has been carried on the role of epigenetic in the pathogenesis of CD. Notably, alterations in the acetylation levels of histones proteins or a global decrease of the expression of histones deacetylases (HDAC) have been reported in CD patients. Hence, the main goal of my thesis was to better understand the AIEC-intestinal epithelium interaction by focusing on epigenetic and environmental factors.In vitro studies as well as validations in mice models and in a large cohort of CD patients revealed HDAC1 and HDAC5 as central and antagonistic actors of the regulation of Enterobacteria and AIEC intestinal colonization. Transcriptomic analyses performed on cells transfected with siRNAs directed against HDAC1 and HDAC5 unveiled the role of HDAC1 in the control of the inflammatory response and in the formation of actin cytoskeleton, and the involvement of HDAC5 in paracellular permeability. In addition, a reduced global HDAC activity and an increased HDAC5 expression have been observed in mice fed a high-fat (HF) diet, these conditions promoting the AIEC entry within intestinal epithelial cells. Following a new transcriptomic analysis, a repression of genes implicated in the host response to bacterium was highlighted in HF-fed mice, suggesting that HF diet could create a specific microenvironment favorable to AIEC establishment in the ileal mucosa. It was also demonstrated that AIEC bacteria were able, in that context, to modulate the host epigenome to their advantage in order to promote their own colonization. Thus, the data suggest that HDAC5 targeting, as well as a food rebalancing, could represent interesting strategies to limit AIEC intestinal colonization in CD patients.During my thesis, I also worked on the development of a new mouse model for the study of the AIEC-intestinal epithelium interaction. It was the Vill-hCC6 model, which reproduces the abnormal ileal expression of CEACAM6 receptor, on which AIEC bacteria particularly attach. AIEC bacteria preferentially persisted in the gut of transgenic mice demonstrating that this model could represent a robust preclinical model of ileal CD. In the future, it will enable to better understand the role of AIEC in CD but also to develop and test new molecules and strategies to specifically target AIEC bacteria established in the ileal mucosa of patients.
La maladie de Crohn (MC) est une maladie inflammatoire chronique de l’intestin (MICI), très invalidante, évoluant par poussées d’intensités et de localisations variables entrecoupées de périodes de rémission clinique. Cette maladie est incurable, seuls des traitements symptomatiques sont disponibles à ce jour pour soulager les patients. Concernant l’étiologie de la MC, elle est multifactorielle, résultant de l’interaction complexe entre des prédispositions génétiques, des facteurs environnementaux et des altérations de la composition du microbiote. Le régime alimentaire de type occidental, enrichi en sucres, en graisses, en aliments transformés et pauvre en fibres, est un des principaux facteurs de l’environnement mis en cause dans le développement de la MC. De plus, des souches particulières d’Escherichia coli, les E. coli adhérents et invasifs (AIEC), colonisent anormalement la muqueuse iléale des patients atteints de MC via des mécanismes qui n’ont pas été totalement caractérisés. Depuis quelques années, un intérêt nouveau s’est porté sur l’implication des facteurs épigénétiques dans la pathogenèse de la MC. Des altérations des niveaux d’acétylation des histones ou encore une diminution de l’expression des histones désacétylases (HDACs) ont notamment été rapportées chez les patients atteints de MC. Ainsi, l’objectif principal de cette thèse était de mieux comprendre l’interaction AIEC-épithélium intestinal en se concentrant sur des facteurs épigénétiques et environnementaux. Grâce à des études in vitro ainsi qu’à des validations in vivo et dans une large cohorte de patients atteints de MC, HDAC1 et HDAC5 ont été identifiées comme des acteurs centraux et antagonistes de la régulation de la colonisation intestinale par les Entérobactéries et les AIEC. Des analyses transcriptomiques réalisées sur des cellules transfectées avec des siARNs dirigés contre HDAC1 et HDAC5 ont révélé le rôle de HDAC1 dans le contrôle de la réponse inflammatoire et dans la formation du cytosquelette d’actine ainsi que celui de HDAC5 dans la perméabilité paracellulaire. Suite à la consommation d’un régime enrichi en graisses (HF), il a été observé une diminution de l’activité HDAC globale et une augmentation de l’expression de HDAC5, qui sont des conditions favorisant l’entrée des AIEC dans les cellules épithéliales intestinales. Aussi, suite à une nouvelle analyse transcriptomique, une répression des gènes impliqués dans la reconnaissance et la prise en charge des bactéries a été mise en évidence chez les souris nourries avec le régime enrichi, suggérant que le régime HF créerait un microenvironnement spécifique favorable à l’implantation des bactéries AIEC au niveau de la muqueuse iléale. Il a également été montré que les bactéries AIEC étaient capables, dans ce contexte, de moduler l’épigénome à leur avantage, afin de promouvoir leur propre colonisation. Ainsi, l’ensemble des données obtenues suggèrent que le ciblage de HDAC5, tout comme un rééquilibrage alimentaire, pourraient être des stratégies intéressantes pour limiter la colonisation intestinale par les bactéries AIEC chez les patients atteints de MC.Au cours de ma thèse, j’ai également travaillé sur la mise au point d’un nouveau modèle murin pour l’étude de l’interaction AIEC-épithélium intestinal : le modèle Vill-hCC6, qui permet de reproduire l’expression iléale anormale du récepteur CEACAM6, sur lequel les AIEC se fixent majoritairement. Grâce notamment à l’observation que les bactéries AIEC persistaient préférentiellement dans l’intestin des animaux transgéniques, nous avons montré que le modèle Vill-hCC6 pouvait constituer un bon modèle préclinique de MC iléale. À l’avenir, il pourra permettre de mieux comprendre le rôle des AIEC dans la MC mais également de développer et tester de nouvelles molécules et stratégies pour le ciblage spécifique des bactéries AIEC implantées dans la muqueuse iléale des patients.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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