Cationic Amino Acid Transporter 2 Enhances Innate Immunity during Helicobacter pylori Infection

Once acquired, Helicobacter pylori infection is lifelong due to an inadequate innate and adaptive immune response. Our previous studies indicate that interactions among the various pathways of arginine metabolism in the host are critical determinants of outcomes following infection. Cationic amino acid transporter 2 (CAT2) is essential for transport of l-arginine (L-Arg) into monocytic immune cells during H. pylori infection. Once within the cell, this amino acid is utilized by opposing pathways that lead to elaboration of either bactericidal nitric oxide (NO) produced from inducible NO synthase (iNOS), or hydrogen peroxide, which causes macrophage apoptosis, via arginase and the polyamine pathway. Because of its central role in controlling L-Arg availability in macrophages, we investigated the importance of CAT2 in vivo during H. pylori infection. CAT2−/− mice infected for 4 months exhibited decreased gastritis and increased levels of colonization compared to wild type mice. We observed suppression of gastric macrophage levels, macrophage expression of iNOS, dendritic cell activation, and expression of granulocyte-colony stimulating factor in CAT2−/− mice suggesting that CAT2 is involved in enhancing the innate immune response. In addition, cytokine expression in CAT2−/− mice was altered from an antimicrobial Th1 response to a Th2 response, indicating that the transporter has downstream effects on adaptive immunity as well. These findings demonstrate that CAT2 is an important regulator of the immune response during H. pylori infection

Production de Shiga-toxine Stx2 par les Escherichia coli entérohémorragiques: influence du génotype stx2, régulation par le quorum sensing et le microbiote intestinal

Enterohemorrhagic Escherichia coli are food poisoning pathogens causing hemorrhagic colitis and hemolytic and uremic syndrome. Their main virulence factors are Shiga toxins (Stxs), especially Stx2. In this work we first studied a subset of strains from different origins belonging to different seropathotypes and expressing different stx2 variants. We found that the most pathogenic strains O157: H7 express the stx2 variant and produce high levels of Stx2 in basal as well as in induced conditions. Non-O157:H7 strains showing the same properties could be dangerous for human health. We also investigate the effect of molecules found in the gastrointestinal tract on Stx2 synthesis. Nor quorum sensing autoinducers AI-2 and AI-3 produced by th intestinal microbiota neither the intestinal neuroendocrine hormone norepineprine influence Stx2 synthesis. However, the protein regulator QseA involved in quorum sensing signalling pathway could be a transcriptional activator of stx2. Finally, we studied Stx2 production by the O157:H7 strain EDL 933 in culture medium mimicking the living conditions of EHEC in the gut by using a human flora associated rat model. We show that the human microbiota transcriptionally inhibits Stx2 synthesis through transcriptional inhibition of recA. This inhibition can be partially attributed to the intestinal species Bacteroides thetaiotaomicron.Les Escherichia coli entérohémorragiques (EHEC) sont responsables de toxi–infections alimentaires conduisant à des colites hémorragiques pouvant se compliquer d'un syndrome hémolytique et urémique. Le facteur majeur de pathogénicité est la production de Shiga-toxines (Stx), dont la toxine Stx2. Nous avons étudié la production de toxine Stx2 in vitro par des souches STEC provenant de diverses origines (bovine ou clinique), appartenant à divers séropathotypes, et codant pour différents variants Stx2. Nous avons montré que les souches O157:H7 les plus pathogènes possèdent le variant stx2 et produisent de fortes quantité de Stx2 en conditions basales comme en présence d'un inducteur du système SOS. Les souches non-O157 présentant ces caractéristiques pourraient représenter un risque pour la santé humaine. Nous avons ensuite étudié l'effet de molécules présentes dans le tube digestif sur la synthèse de Stx2 par E. coli O157:H7. Les auto-inducteurs AI-2 et AI-3 du quorum sensing, produits par le microbiote intestinal, n'influencent pas la synthèse de Stx2, non plus que l'hormone intestinale norépinéphrine. Cependant, la protéine régulatrice QseA impliquée dans une voie de signalisation par le quorum sensing serait un activateur transcriptionnel de stx2. Enfin, nous avons étudié la production de Stx2 par la souche EHEC O157:H7 EDL 933 dans un milieu se rapprochant le plus possible de celui rencontré in vivo par les EHEC, en particulier grâce à un modèle de rats associés au microbiote intestinal humain. Nous avons ainsi montré que le microbiote humain inhibe la transcription de stx2 par l'inhibition de la transcription de recA même lors de l'induction du système SOS, et que cette inhibition peut être en partie attribuée à l'espèce Bacteroides thetaiotaomicron

Production de shiga-toxine STX2 par les <em>Escherichia coli</em> entérohémorragiques : influence du génotype <em>STX2</em>, régulation par le quorum sensing et le microbiote intestinal

Enterohemorrhagic Escherichia coli are food poisoning pathogens causing hemorrhagic colitis and hemolytic and uremic syndrome. Th eir main virulence factors are Shiga toxins (Stxs), especially Stx2. In this work we first studied a subset of strain s from different origins belonging to different seropathotypes and expressing different stx2 variants. We found that the most pathogenic strains O157: H7 express the stx 2 variant and produce hi gh levels of Stx2 in basal as well as in induced conditions. Non-O157:H7 strain s showing the same properties could be dangerous for human health. We also i nvestigate the effect of molecules found in the gastrointestinal tract on Stx2 synthesis. No r quorum sensing autoi nducers AI-2 and AI-3 produced by th intestinal microbiota neit her the intestinal neuroendocrine hormone norepineprine influence Stx2 s ynthesis. However, the protei n regulator QseA involved in quorum sensing signalling pa thway could be a transc riptional activator of stx2 . Finally, we studied Stx2 production by the O157:H7 strain EDL 933 in culture medium mimicking the living conditions of EHEC in the gut by using a human flora associated rat model. We show that the human microbiota tran scriptionally inhibits Stx2 s ynthesis through transcriptional inhibition of recA . This inhibition can be partially a ttributed to the intestinal species Bacteroides thetaiotaomicronLes Escherichia coli entérohémorragiques (EHEC) sont responsables de toxi– infections alimentaires conduisant à des co lites hémorragiques pouvant se compliquer d’un syndrome hémolytique et urémique. Le facteur ma jeur de pathogénicité est la production de Shiga-toxines (Stx), dont la t oxine Stx2. Nous avons étudié la production de toxine Stx2 in vitro par des souches STEC provenant de diverses or igines (bovine ou clin ique), appartenant à divers séropathotypes, et coda nt pour différents variants St x2. Nous avons montré que les souches O157:H7 les plus pathogènes possèdent le variant stx 2 et produisent de fortes quantité de Stx2 en conditions basales comme en pr ésence d’un inducteur du système SOS. Les souches non-O157 présentant ces caractéristique s pourraient représenter un risque pour la santé humaine. Nous avons ensuite étudié l’effet de molécules prés entes dans le tube digestif sur la synthèse de Stx2 par E. coli O157:H7. Les auto-inducteur s AI-2 et AI-3 du quorum sensing, produits par le microbi ote intestinal, n’influencent pa s la synthèse de Stx2, non plus que l’hormone intestinale norépin éphrine. Cependant, la protéi ne régulatrice QseA impliquée dans une voie de signalisation par le quorum sensing serait un activateur transcriptionnel de stx 2 . Enfin, nous avons étudié la production de Stx2 par la souche EHEC O157:H7 EDL 933 dans un milieu se rapprochant le plus possible de celui rencontré in vivo par les EHEC, en particulier grâce à un modèle de rats associés au microbiote intestinal humain. Nous avons ainsi montré que le microbiote hum ain inhibe la transcription de stx2 par l’inhibition de la transcription de recA même lors de l’induction du système SOS, et que cette inhibition peut être en partie attribuée à l’espèce Bacteroides thetaiotaomicro

Induction de lésions gastriques précancéreuses par des souches<em> Helicobacter pylori</em> de Colombie

National audienc

Epithelial Response to Parasitic Infections

National audienc

Interaction cellules épithéliales - protozoaires entériques, conséquences physiopathologiques

National audienceCryptosporidium parvum est un parasite protozoaire hautement prévalent sur l’ensemble de la planète et infectant une grande variété d’hôtes vertébrés. La cryptosporidiose affecte principalement les enfants de moins de 5 ans ainsi que les individus adultes immunodéprimés tels que les personnes infectées par le VIH. L’infection se caractérise par une diarrhée aqueuse qui peut être profuse et prolongée. La déshydratation sévère engendrée par cette diarrhée est à l’origine de la mortalité liée à cette maladie aussi bien chez l’Homme que chez l’animal. La grande majorité des facteurs de virulence de C. parvum qui ont été identifiés sont impliqués dans l’adhérence et l’invasion des cellules épithéliales intestinales dans lesquelles le parasite effectue l’inétgralité de son cycle parasitaire. Des études précédentes indiquent que Cryptosporidium peut altérer la fonction de barrière de l’épithélium intestinal, cependant les mécanismes impliqués dans ce processus ne sont pas clairement définis. De plus, certaines études effectuées dans un modèle animal ont montré que l’infection par Cryptosporidium pouvait altérer la sécrétion de chlore et l’absorption d’eau. Notre hypothèse, pour ce projet Agreenskills, est que l’infection par C. parvum altère la perméabilité paracellulaire ainsi que la sécretion d’électrolytes ce qui contribue à la physiopathologie de la cryptosporidiose. Notre objectif est d’étudier la modulation des protéines des jonctions serrées et adhérentes impliquées dans l’intégrité du complexe de jonction paracellulaire lors de l’infection par Cryptosporidium parvum. En particulier, nous étudierons l’effet sur la perméabilité intra-épithéliale des cytokines produites par l’hôte lors de l’infection, ainsi que l’effet du détournement possible des polyamines intracellulaires par le parasite. Il a été montré que de nombreuses bactéries pathogènes induisent une sécrétion d’ions chlorure en stimulant la protéine CFTR. Une sécrétion d’ions chlorure par les cellules épithéliales intestinales (CEI) a aussi été observée après infection par C. parvum mais le mécanisme cellulaire impliqué est encore inconnu. Nous étudierons donc d’autre part la capacité de souches de C. parvum de virulences différentes à moduler de manière directe ou indirecte (via l’induction de facteurs de l’hôte), les activités kinases régulant l’activation du CFTR. Ce travail permettra de mieux comprendre les évènements moléculaires mis en jeu dans les CEI conduisant à la physiopathologie de l’infection, ce qui constituera une première étape à la mise en place de nouvelles stratégies thérapeutiques contre les conséquences dramatiques de cette infection parasitaire

Nitric oxide inhibits Shiga-toxin synthesis by enterohemorrhagic Escherichia coli.

International audienceShiga-toxin (Stx) is the cardinal virulence factor of enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC). The genes encoding Stx are carried by a lambdoid phage integrated in the bacterial genome and are fully expressed after a bacterial SOS response induced by DNA-damaging agents. Because nitric oxide (NO) is an essential mediator of the innate immune response of infected colonic mucosa, we aimed to determine its role in Stx production by EHEC. Here we demonstrate that chemical or cellular sources of NO inhibit spontaneous and mitomycin C-induced stx mRNA expression and Stx synthesis, without altering EHEC viability. The synthesis of stx phage is also reduced by NO. This inhibitory effect apparently occurs through the NO-mediated sensitization of EHEC because mutation of the NO sensor nitrite-sensitive repressor results in loss of NO inhibiting activity on stx expression. Thus our findings identify NO as an inhibitor of stx expressing-phage propagation and Stx release and thus as a potential protective factor limiting the development of hemolytic syndromes

Human Microbiota-Secreted Factors Inhibit Shiga Toxin Synthesis by Enterohemorrhagic Escherichia coli O157:H7▿

Escherichia coli O157:H7 is a food-borne pathogen causing hemorrhagic colitis and hemolytic-uremic syndrome, especially in children. The main virulence factor responsible for the more serious disease is the Shiga toxin 2 (Stx2), which is released in the gut after oral ingestion of the organism. Although it is accepted that the amount of Stx2 produced by E. coli O157:H7 in the gut is critical for the development of disease, the eukaryotic or prokaryotic gut factors that modulate Stx2 synthesis are largely unknown. In this study, we examined the influence of prokaryotic molecules released by a complex human microbiota on Stx2 synthesis by E. coli O157:H7. Stx2 synthesis was assessed after growth of E. coli O157:H7 in cecal contents of gnotobiotic rats colonized with human microbiota or in conditioned medium having supported the growth of complex human microbiota. Extracellular prokaryotic molecules produced by the commensal microbiota repress stx2 mRNA expression and Stx2 production by inhibiting the spontaneous and induced lytic cycle mediated by RecA. These molecules, with a molecular mass of below 3 kDa, are produced in part by Bacteroides thetaiotaomicron, a predominant species of the normal human intestinal microbiota. The microbiota-induced stx2 repression is independent of the known quorum-sensing pathways described in E. coli O157:H7 involving SdiA, QseA, QseC, or autoinducer 3. Our findings demonstrate for the first time the regulatory activity of a soluble factor produced by the complex human digestive microbiota on a bacterial virulence factor in a physiologically relevant context

Heme oxygenase-1 is a critical regulator of nitric oxide production in enterohemorrhagic Escherichia coli-infected human enterocytes

Enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC) are the causative agent of hemolytic-uremic syndrome. In the first stage of the infection, EHEC interact with human enterocytes to modulate the innate immune response. Inducible NO synthase (iNOS)-derived NO is a critical mediator of the inflammatory response of the infected intestinal mucosa. We therefore aimed to analyze the role of EHEC on iNOS induction in human epithelial cell lines. In this regard, we show that EHEC down-regulate IFN-gamma-induced iNOS mRNA expression and NO production in Hct-8, Caco-2, and T84 cells. This inhibitory effect occurs through the decrease of STAT-1 activation. In parallel, we demonstrate that EHEC stimulate the rapid inducible expression of the gene hmox-1 that encodes for the enzyme heme oxygenase-1 (HO-1). Knock-down of hmox-1 gene expression by small interfering RNA or the blockade of HO-1 activity by zinc protoporphyrin IX abrogated the EHEC-dependent inhibition of STAT-1 activation and iNOS mRNA expression in activated human enterocytes. These results highlight a new strategy elaborated by EHEC to control the host innate immune response

Shiga toxin produced by enterohemorrhagic Escherichia coli inhibits PI3K/NF-kappaB signaling pathway in globotriaosylceramide-3-negative human intestinal epithelial cells.

International audienceShiga toxin (Stx) produced by enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC) binds to endothelial cells expressing globotriaosylceramide-3 (Gb-3) and induces cell death by inhibiting translation. Nonetheless, the effects of Stx on human enterocytes, which lacks receptor Gb-3, remain less known. In this study, we questioned whether EHEC-derived Stx may modulate cellular signalization in the Gb-3-negative human epithelial cell line T84. Stx produced by EHEC was fixed and internalized by the cells. A weak activation of NF-kappaB was observed in T84 cells after EHEC infection. Cells infected with an isogenic mutant lacking stx1 and stx2, the genes encoding Stx, displayed an increased NF-kappaB DNA-binding activity. Consequently, the NF-kappaB-dependent CCL20 and IL-8 gene transcription and chemokine production were enhanced in T84 cells infected with the Stx mutant in comparison to the wild-type strain. Investigating the mechanism by which Stx modulates NF-kappaB activation, we showed that the PI3K/Akt signaling pathway was not induced by EHEC but was enhanced by the strain lacking Stx. Pharmacological inhibition of the PI3K/Akt signalization in EHEC DeltaStx-infected T84 cells yielded to a complete decrease of NF-kappaB activation and CCL20 and IL-8 mRNA expression. This demonstrates that the induction of the PI3K/Akt/NF-kappaB pathway is potentially induced by EHEC, but is inhibited by Stx in Gb-3-negative epithelial cells. Thus, Stx is an unrecognized modulator of the innate immune response of human enterocytes