Mécanisme d'action de la toxine epsilon de Clostridium perfringens dans le système nerveux central

Abstract

La toxine epsilon ( ) produite par les bactéries Clostridium perfringens de type B et D est responsable de graves entéro-toxémies chez les ovins et bovins. Elle fait partie des 5 agents létaux les plus puissants. Facile à produire sous forme de protéine recombinante elle a été identifiée comme un agent potentiellement utilisable dans des actions bio-terroristes. créée des lésions principalement dans les reins et le cerveau des animaux exposés. Dans le rein, agit en se liant et en s insérant dans la membrane plasmique des cellules pour y former des pores perméables aux cations, qui seraient responsables de la mort cellulaire. Les dommages cérébraux provoqués par sont localisés, symétriques et bilatéraux. Ceci suggère que la toxine a une action spécifique directement sur certains types cellulaires du tissu nerveux.L objectif de mon doctorat a été de déterminer si a une action neuronale spécifique et d en comprendre les mécanismes. Mon travail a porté sur la caractérisation de l action de T sur les neurones et les cellules gliales du cervelet. La première étape fut de compléter la caractérisation de ce modèle dans le cadre des études électrophysiologiques. Nous avons notamment étudié le rôle des canaux calcium dépendants du potentiel de type N et P/Q dans le contrôle de la neurotransmission aux synapses excitatrices et inhibitrices dans les tranches organotypiques.L étude de la liaison de ET au tissu cérébral a révélé un très fort marquage de l hippocampe, du cervelet, et de la substance blanche. Dans le cervelet, nos travaux ont permis de démontrer que ET lie spécifiquement les cellules des grains et les oligodendrocytes. A l inverse les neurones inhibiteurs et les astrocytes ne fixent pas ET.L application de ET sur des tranches organotypiques de cervelet provoque une augmentation massive de l activité synaptique spontanée reçue par la cellule de Purkinje. Des approches pharmacologiques nous ont permis de conclure que cette augmentation d activité était exclusivement due à une action de ET propagée depuis le corps cellulaire des cellules des grains. Dans les cellules des grains, ET induit une dépolarisation très rapide des cellules suffisante pour déclencher des bouffées de potentiels d actions. Des approches biochimiques nous ont également permis de vérifier que les cellules des grains libèrent de grandes quantités de glutamate après application de ET.La question qui découle de ces résultats était de savoir si la dépolarisation des cellules des grains est la conséquence de la formation du pore de ET, ou s il s agit plutôt de l activation de voies de signalisations intracellulaires. Pour aborder cette problématique, nous avons mesuré directement le courant transmembranaire des cellules des grains lors d une application de toxine. Cette approche nous a permis d observer l apparition très rapide d une conductance transmembranaire dans ces cellules, confortant l hypothèse de la formation d un pore. Ces résultats n excluent cependant pas complètement l implication de voies de signalisation intracellulaires. En effet, des expériences d imagerie calcique nous ont permis d observer une augmentation de calcium après l application de ET sur des cellules des grains en culture bien que le pore formé par ET ne soit pas perméable au calcium. De plus, cette entrée calcique a pu être diminuée par l utilisation d antagonistes des récepteurs NMDA. Ces résultats suggèrent qu il existe plusieurs modes d action pour ET qui peuvent agir en parallèle dans les cellules.L identification des neurones et des oligodendrocytes comme étant des cibles de ET apporte une nouvelle vision des mécanismes d action de la toxine. La spécificité de ET pour certains types cellulaires et son activité très puissante sur les neurones permet d expliquer le pouvoir létal de cette toxine, qui est cent fois supérieur à celui des autres toxines du même type.Epsilon toxin (ET) produced by C. perfringens types B and D is a highly potent pore-forming toxin ranking among the 10 most potent poisonous substances. ET-intoxicated animals express very severe neurologic disorders associated with marked increase in neurotransmitter (including glutamate) release and neuronal cell death. These effects are generally proposed to result from vasogenic brain edemas. However the possibility that ET directly attacks the neurons has been postulated, albeit debated. We have analyzed the effect of ET on cerebellar preparations. Using immune-straining techniques we found that ET binds to granule layer and markers revealed that the toxin binds to the cell body of the granule neurons and to oligodendrocytes, but not astroglial cells or nerve ending. When applied onto granule cell primary culture, ET induced intracellular Ca2+ rise and fast cell fragmentation, which appear related to its pore-forming activity. Electrophysiological investigations and pharmacological analysis of the ET effects on neurotransmission using cultured cerebellar slices revealed that ET depolarizes directly granule cells of glutamate release. ET had no direct action on nerve terminals and no membrane effects induced by ET in granule cells maintained in the nerve tissue, suggest that the membrane depolarization induced by ET may be unrelated to its poreforming activity. These data shed another light on the etiology of the neurologic disorders caused by ET.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF