Microbiome l'intestin parle aux articulations

Le métagénome : quand l'intestin parle aux articulations Pr Thierry Schaeverbeke Département de Rhumatologie, Hôpital Pellegrin, CHU Bordeaux

3 grands socles pour expliquer les maladies Immunité Pasteur : ouvre la traque des maladies infectieuses

Metchnikov : le macrophage : 1ère pierre du système immunitaire Burnet : sélection thymique : discrimination du soi non soi

Mendel : Les bases de la génétique

Koch : identification du BK. Postulat pour l’identification d’un agent infectieux causal

Environnement Génétique

Beadle & Tatum : Crick & Watson : Morgan : Un gène = une Structure de Gènes portés par enzyme l’ADN en double des chromosomes Mutations Avery, Mac Carthyhélice Exploration individuelle Déséquilibre de & Mc Leod : ADN liaison = support de des gènes l’hérédité

Classer les bactéries par leur génome • Taxonomie et phylogénie du monde bactérien à partir des séquences de l’ARNr 16s : – Prémices en 1975 – PCR gène rRNA 16s : début 1990

Darwin

Séquences ADN 16s • Développement de la PCR universelle : Portions hautement conservées -> amorces Zone variable Analysée par séquençage

• Estimation de la proportion de bactéries inconnues = > 80% – Des bactéries disparues ?

– Des bactéries issues de milieux inaccessibles ?

– Des bactéries simplement incultivables ?

• Premières tentatives d’utilisation de PCR universelles pour détecter des germes incultivables : – Tropheryma whippelii (1991)

Les séquenceurs nouvelle génération

• Années 90 : consortium génome humain ➔ Nécessité d’améliorer les techniques de séquençage

• Développement d’outil permettant un séquençage rapide de l’ADN ➔ Séquenceur NGS Analyse simultanée de 230.000 fragments d’ADN Permet l’analyse de l’ensemble des gènes contenus dans un milieu = métagénome

Fractionnement aléatoire de l’ADN en fragments courts

Extraction de l’ADN Échantillon

Analyse bioinformatique Séquençage

Reconstitution et analyse du microbiome

Identification par comparaison des séquences aux banques d’ADN

= Reconstitution de l’ADN génomique par recouvrement

La microbiologie : à l’aube d’une nouvelle vie ?

• Il y a 15 ans, nous connaissions 2000 bactéries • Aujourd’hui, nous en connaissons plus de 10.000 • Et demain ? Les prédictions vont de 100 à 150.000 !!!

De quoi fournir des explications à bon nombre de maladies dites « idiopathiques » ?

Raoult D. Dépasser Darwin, 2010

1 Description du microbiome

voies aériennes

bouche

Pour chaque cellule eucaryote « à nous », nous hébergeons : 100 bactéries

intestin

1000 virus

vagin

peau

Le métagénome intestinal Notre tube digestif contient : – 1014 bactéries = microbiote intestinal – = 10x le nb de nos propres cellules – = 1,2 kg…

• • • •

Plusieurs centaines d’espèces différentes / personne 90% de germes anaérobies incultivables = 100 à 150 x le nb de gènes contenus dans le génome humain ≈ 60 espèces retrouvées chez 90% des sujets testés

• Fonctions multiples : – Digestion – Apports énergétiques – Apports en acides aminés essentiels – Éducation du système immunitaire – Compétition avec les entéropathogènes – Reproduction …

La constitution du microbiote intestinal chez le nouveau né • Contamination lors du passage par la filière génitale de la mère : – Flore d’origine digestive : E. coli, entérocoques – Flore d’origine vaginale : Lactobacillus, Prevotella

• Lactation : – Translocation de bifidobactéries du tube digestif vers la glande mammaire – Passage de bifidobactéries dans le colostrum et le lait, directement injectés à l’enfant – Colonisation du tube digestif de l’enfant par les bifidobactéries – Implantation plus tardive de Clostridium et de Bacteroides

• Chez l’enfant né par césarienne et nourrit au lait artificiel : colonisation digestive plus lente, germes différents… risque majoré pour asthme, allergies…

Favier C.F. Applied Environ Microbiol 2002; 68: 219-226 Perez P.F. Pediatrics 2007; 119: e724-732 Mackie R. J Clin Nutrit 1999; 69: 1035S-45S

Microbiome intestinal Système immunitaire de l’hôte

environnement

Compétition entre bactéries

Génétique de l’hôte

Âge gestationnel à la naissance

Statut socioéconomique

Allaitement au sein

Géographie Occidentalisation

Alimentatio n

Traitements antibiotiques

Naissance voies naturelles / césarienne

Grande stabilité par la suite chez le sujet sain • Déclin des bifidobactéries chez les personnes âgées au profit des entérobactéries et des clostridii • La diversité des bifidobacteries baisse et se limite à deux espèces : – Bifidobacterium longum – Bifidobacterium adolescentis

• Chute de bifidobactéries impliquées dans la stimulation du système immunitaire -> conséquences ?

• Baisse des Bacteroides et modification du ratio Firmicutes/Bacteroidetes Zoetendal E.G. Applied and Environ Microbiol 64: 3854-3859

van Tongeren S.P. Appl Environ Microbiol 2005; 71: 6438-6442 Woodmansey E.J. J Appl Microbiol 2007; 102: 1178-1186 Mariat D. BMC Microbiol2009; 9: 123

95% des bactéries du microbiote intestinal appartiennent à 4 phylums

FIRMICUTES 50 % à 75 % Clostridii +++, SFB Lactobacillus Ruminococacae Enterococcus Mollicutes

ACTINOBACTERIES 1 % à 10 %

bifidobactéries Collinsella–Atopobium

BACTEROIDETES 10 % à 50 %

Bacteroides Prevotella Porphyromonas

PROTEOBACTERIES <1% Escherichia coli

Variation interindividuelle de la proportion respective des 4 phylums et des espèces au sein de chaque phylums

FIRMICUTES

BACTEROIDETES

ACTINOBACTERIES

PROTEOBACTERIES

Diversité taxonomique du microbiote intestinal

Relative stabilité fonctionnelle à l’échelon génomique

Cho I. Nature 2012 Mar. 13;13(4):260–270.

Organisation structurelle du microbiote humain

Commensalisme

Espèces en transit profitant de la niche écologique

Parasitisme

Dialogue hôte microbiote

Mutualisme

Espèces partageant une guilde fonctionnelle avec le noyau phylogénétique

Energie

Symbiose

Espèces du noyau phylogénétique

Noyau fonctionnel

Spécificité individuelle

Espèces potentiellement pathogènes

Tap J. Environ Microbiol. 2009 Oct;11(10):2574-84

2 Implication du microbiote intestinal en pathologie

Microbiote intestinal et maladies mĂŠtaboliques

Microbiote intestinal et maladies inflammatoires

Microbiotes spĂŠcifiques des MICI

Qin J. Nature. 2010 Mar 4;464(7285):59-65

6 témoins sains

6 patients Crohn

OTU = Operational Taxinomic Unit = espèces phylogénétiquement proches Manichanh C. Gut 2006;55:205–211

MICI = apparition de pathogènes ou déséquilibre du microbiote?

OTUs exclusivement retrouvées chez des sujets sains :

Noyau dur d’OTUs retrouvées chez tous les sujets :

Lachnospiraceae (7 OTUs) Ruminococcaceae (4 OTUs) Eubacteriaceae (2 OUTs)

Faecalibacterium Bacteroides Parabacteroides Alistipes Subduligralinum

= noyau phylogénique sain

OTU = Operational Taxinomic Unit

(4 OTUs) (2 OTUs) (1 OTU) (1 OTU) (1 OTU)

OTUs retrouvées aussi bien chez les sujets sains que chez les patients atteints de Crohn = 48 OTUs

Lepage P. Inflam. Bowel Dis. 2005; 11: 473-480 Gophna U. J Clin Microbiol 2006; 44: 4136-4141 Manichanh C. Gut 2006; 55: 205-211

Eckburg P.B. Science 2005; 308: 1635-1638 Gill S.R. Science 2006; 312: 1355-1359 Li W. Bioinformatics 2006; 22: 1658-1659

Fonction anti-inflammatoire de Faecalibacterium prausnitzii ?

Miquel S. Curr Opin Microbiol 2013;16(3):255â&#x20AC;&#x201C;61.

Un microbiote « colitogénique » ?

• Souris TRUC (Tbet-/- x Rag-/-) = modèle de RCH • Le profil immunitaire des souris TRUC sélectionne un microbiote digestif spécifique • Transfert de cette flore à des souris sauvages : transmission de la RCH

Garrett WS. Cell 2007;131:33-45

R么le de la flore intestinale dans les arthrites exp茅rimentales

Modèle murin KO pour IL-1ra IL-1ra-/-

cage non stérile

IL-1ra-/-

IL-1ra-/-

axénique

lactobacillus

• IL-1ra-/- : arthrites spontanées • IL-1ra-/- axéniques : pas d’arthrite • IL-1ra-/- gnotobiotique pour lactobacillus bifidus : – Arthrites identiques aux animaux non axéniques – Déséquilibre balance Treg/Th17 médié par TLR2 et TLR4

Lactobacillus = bactéries gram+ anaérobies facultatives, commensales vagin et intestin Lactobacillus bifidus = essentiel de la flore intestinale du nourrisson élevé au sein Abdollahi-Roodsaz S. et al. J. Clin. Invest. 2008; 118, 205–216

Effet protecteur de la flore intestinale sur des modèles animaux d’arthrite Rat CIA/AA

Rat CIA/AA

Cages non stérile

Germ-free

• Arthrite à l’adjuvant : – Arthrite modérée et transitoire chez les rats élevés en ambiance normale – Arthrite sévère chez 100% des rats axéniques

Effet protecteur de la flore digestive ?

Kohashi O. et al. Infect. Immun. 1979; 26, 791–794

Rôle de la flore digestive dans l’orientation du système immunitaire Souris gnotobiotique = flore contrôlée = souris axéniques (germ free) chez lesquelles on introduit des souches bactériennes connues

Bacteroides fragilis

↑ FoxP3 ↑ Treg

• Fragilité vis-à-vis des entéropathogènes • Résistance à l’arthrite expérimentale et à l’EAE

↑ TCD4+ • Protection contre les entéropathogènes ↑ Th17 Bactéries filamentaires

• Susceptibilité accrue à l’arthrite expérimentale et à l’EAE

Yun Kyung Lee, et al. Science 2010 330, 1768

Treg

Th17

Microbiome normal

Dysbiose excès de bactéries pro-inflam.

Dysbiose déficit de bactéries anti-inflam.

Yun Kyung Lee, et al. Science 2010 330, 1768

Réduction du microbiote = cause ou conséquence de l’inflammation ?

Génétique

↘ biodiversité

Apparition d’un pathogène

Environnement

Dysbiose

Inflammation

Inflammation réduction de l’effet barrière vis à vis d’autres bactéries

réduction du microbiote

↘ biodiversité

Les spondylarthropathies

Rats transgéniques B27 • Rats Lewis, lignées 21-4H ou 33-3 : – Maladie inflammatoire spontanée : – Arthrites – Colite – Epididymite, balanite – Uvéite – Hyperkératose cutanée

– Seuls ceux ayant incorporé un nombre important de copies des transgènes B27/b2m (Taurog 1993) – Fond génétique protecteur : toutes les lignées transfectées ne développent pas la maladie

Hammer RE. Cell. 1990 Nov 30;63(5):1099-112

Rôle de la flore intestinale dans le modèle des rats transgéniques B27 • Les rats transgéniques axéniques (= germ-free) : – ne développent pas la maladie – sauf dermatite et épididymite

• L’ajout de bactéries dans l’alimentation : – Restauration de l’ensemble du phénotype pathologique – Une flore commensale suffit…

• Rats B27 gnotoxéniques (= réintroduction d’une flore sélectionnée) : – Seuls certains cocktails bactériens aboutissent à l’induction d’une colite – Rôle des Bacteroides

Taurog JD. J Exp Med. 1994 Dec 1;180(6):2359-64 Rath HC. J Clin Invest. 1996 Aug 15;98(4):945-53

Rôle du microbiote intestinal dans les modèles de SpA • Objectif • Méthode – Purification et amplification de l’ADN caecal – Séquençage de l’ADN (BRiSK) microbien

 Résultats – Confirmation par PCR quantitative ̶ 900 espèces bactériennes identifiées

̶ Différences quantitatives concernant 4 espèces confirmées par PCR pour 2 d’entre elles :

̶ Akkermansia muciniphila (diminution) ̶ Bacteroides vulgatus (augmentation)

B. vulgatus (BRiSK)

30 Séquençage quantitatif

IV – Spondyloarthrites - Pathogénie

– Comparer le microbiote caecal du rat HLA B27/hβ2m à celui du type sauvage (WT)

20 10 0 TG seuls

TG + WT

WT

 Mise en évidence de 2 germes caractérisant le microbiote intestinal des rats HLA B27/hβ2m  Rôle possible de la « cohabitation » avec modification de la flore des rats WT s’ils sont au contact des rats HLA B27/hβ2m ACR 2012 - D’après Bach (2493)

Chez l’homme ?

• Pas de véritable étude métagénomique à ce jour…

• Des travaux en cours

La polyarthrite rhumatoïde • Le microbiote oral • Le microbiote digestif • Le microbiote respiratoire

Le microbiote oral

Les parodontites • Porphyromonas gingivalis = premier agent infectieux responsable des parodontites – P. gingivalis possède une PAD capable de citrulliner des protéines humaines – Association entre parodontite et HLA-DR4, ACPA, tabac

• Liens entre parodontite et PR : – Fréquence accrue de la parodontite au cours de la PR – Assocation entre : – sévérité de la parodontite – portage de P. gingivalis – sévérité de la PR

Mikuls T.R. Intern Immunopharmacol 2009;9(1):38-4 Marotte H. Ann Rheum Dis 2006;65:905–9 Stein J. J Periondotal Res 2003;38:508–17 Berthelot JM. Joint Bone Spine. 2010 Dec;77(6):537-41

Étude du microbiote oral de la PR • Étude du microbiote gingival de : – 31 PR récente (NORA) – > 6s < 6m, pas de DMARD – 88% ACPA+ – 16% fumeurs

– 34 PR chr (CRA) > 6 mois – 18 témoins sains

• Score de parodontopathie

• Modification de la flore gingivale chez les sujets PR récente / T• Similaire à la PR chronique et aux sujets sains avec parodontopathie sévère • Indépendamment du tabagisme

Scher JU. Arthritis Rheum (on line)

Le microbiote intestinal

Influence des facteurs génétiques liés à la PR sur le microbiote intestinal • analyse de la flore fécale de souris transgéniques exprimant : – HLA-DRB1*0401 : associé à la susceptibilité à la PR – HLA-DRB1*0402 : associé à la résistance à la PR

DRB1*0402

DRB1*0401

• Pyroséquençage 16S : – *0401 : – Dominance d’espèces Clostridium-like – Peu de variation selon le sexe et l’âge des animaux

– *0402 : – Dominance de Porphyromonadaceae et Bifidobacteria – Variabilité importante en fonction du sexe et de l’âge

Gomez A. PLoS ONE. 2012;7(4):e36095.

Influence des facteurs génétiques liés à la PR sur le microbiote intestinal • Augmentation de la perméabilité intestinale chez les femelles *0401 • Expression des cytokines (transcrits) pro-inflammatoires dans le jejunum : – *0401 femelles : surexpresssion (x3) des cytokines Th17 (IL-17, IL-23, IL-6) et Th1 cytokines (IFNg, Stat 4 et TBX21) – *0402 femelles : surexpression des cytokines Th2 et régulatrices ICOS, GATA3 et IL-4

Gomez A. PLoS ONE. 2012;7(4):e36095.

Prevotella copri associé à la PR débutante • Séquençage 16S sur selles : PR débutantes (n=44) / PR chroniques (n=26) / Rhum Pso (n=16) / Sujets sains (n=28) • Séquençage global (shotgun) sur 44 specimens

• Surabondance de prévotelles dans les PR débutantes • Bacteroides dominantes dans les autres groupes

Scher JU. eLife. 2013 ;2(0):e01202–2.

Prevotella copri associé à la PR débutante Prévalence de Prevotella copri (abondance>5%) / groupe de patients

Phylogénie des espèces de prévotelles associées aux PR débutantes : • 2 OTU spécifiquement retrouvés chez les PR • Liées phylogénétiquement à P. copri

Scher JU. eLife. 2013 ;2(0):e01202–2.

Prevotella copri associé à la PR débutante Association inverse entre l’abondance de P. copri et l’épitope partagé

Scher JU. eLife. 2013 ;2(0):e01202–2.

Prevotella copri associé à la PR débutante Évaluation de la capacité de P. copri à induire une réponse inflammatoire par gavage oral de souris C57BL/6 : induction d’une colite

Scher JU. eLife. 2013 ;2(0):e01202–2.

Le microbiote respiratoire

Le poumon candidat dans la physiopathologie de la PR • Facteurs d’environnement : – Tabac – Silice – Polluants

• Fréquence des pathologies respiratoires dans la PR : – 30% de bronchectasies – 35% des patients PR + bronchectasies sont hétérozygotes pour la mutation ∆F508 du gène CFTR

Schreiber J. Eur J Intern Med. 2010;21(3):168-72 Hart JE. Environ Health Perspect. 2009;117(7):1065-9

Cortet B. Ann rheum dis. 1997;56(10):596-600 Puechal X. Ann rheum dis. 2011;70(4):653-9

Réduction de la biodiversité du microbiote respiratoire en situation pathologique OTUs exclusivement retrouvées chez des sujets sains = noyau phylogénique sain

Noyau dur d’OTUs retrouvées chez tous les sujets

• BPCO Huang YJ. Omics. 2010;14(1):9-59

• Mucoviscidose

Cox MJ. PLoS One. 2010;5(6):e11044 Sibley CD. PLoS One. 2011;6(7):e22702 Willner D. PLoS One. 2009;4(10):e7370 Zemanick ET. PLoS One. 2010;5(11):e15101

OTU = Operational Taxinomic Unit

OTUs retrouvées aussi bien chez les sujets sains que chez les patients malades

Le poumon dans la PR préclinique et la PR récente Microbiote respiratoire PR précliniques (ACPA+ sans arthrite) et témoins sains ACPA-

Présence d’anti-CCP dans le liquide d’expectoration bronchique

Anti-CCP + 0 arthrite

T– Anti-CCP-

p

Prévalence

85 %

100 %

0,63

Abondance

2,0

0,6

0,01

Prévalence

100 %

100 %

1,0

Abondance

30,4

18,0

0,07

Prévalence

100 %

100 %

1,0

Abondance

12,4

25

0,07

85 %

100 %

0,63

Haemophilus

PR récente (12) Parent 1er degré (29) Témoins sains (17)

Streptococcus

Prevotella

Anti-CCP3 (IgA/IgG)

Porphyromonas Prévalence

Willis VC, ACR 2012, #423

Demoruelle MK. Am Thorac1,1Soc. 2014;11 Abondance 1,5Suppl 1:S74.

0,43

Étude bordelaise en cours • 30 patients PR < 2 ans, sans biothérapie • Bilan respiratoire : – Clinique – EFR – TDM thorax coupes fines

• Prélèvements respiratoires : – Aérosol hypertonique x 30 mn – Expectoration après clapping

• Pyroséquençage 16S et comparaison à 8 T- sains • Résultats préliminaires : – Restriction de la diversité de la flore chez les PR vs T– Restriction plus franche chez les PR avec manifestations respiratoires cliniques ou TDM – Surreprésentation de certaines espèces : – Pseudomonas – burkholderia

Phase préclinique extra-articulaire

Phase clinique articulaire

Environnement

citrulline

Immunisation anti-citrulline ACPA

Destructions articulaires

Élargissement du répertoire reconnu par les ACPA

Extension des synovites

Complications extraarticulaires

Temps

Épitope partagé

Microbiote

Génétique

Synovite Inflammation infra-clinique

Critères diagnostiques de PR

Le chainon manquant…

comment la maladie est transférée à l’articulation ?

Pilotage à distance d’une réaction dysimmunitaire ?

Translocation bactérienne ?

Détection d’ADN bactérien dans le liquide synovial ou la membrane synoviale • Mollicutes

Schaeverbeke T. Lancet. 1996 May 18;347(9012):1418 Schaeverbeke T. J Clin Pathol. 1996;49(10):824-8 Johnson SM. J Clin Microbiol. 2007 Mar;45(3):953-7

• Divers bactéries • P. gingivalis

van der Heijden IM. Rheumatology 1999;38(6):547-53 van der Heijden IM. Arthritis rheum. 2000;43(3):593-8 Kempsell KE. Infect Immun. 2000;68(10):6012-26

Martinez-Martinez RE. J Clin Periodontol. 2009;36(12):1004-10

La dysbiose muqueuse pourrait favoriser la translocation bactérienne

Hypothèse : translocation articulaire d’antigènes bactériens ou de bactéries entières (viables ?) dans l’articulation • Recherche d’ADN bactérien par pyroséquençage 16S sur liquide synovial (18 PR vs 6 arthroses) • Caractérisation des bactéries correspondantes, par patient et par groupe pathologique

• Certaines familles de germes exclusivement retrouvées dans les prélèvements de PR : – Mycoplasma, Clostridia, Pseudomonas and Burkholderiae – Germes majoritairement d’origine respiratoire ou digestive

Phase préclinique extra-articulaire Génétique

genre

Évènements stockastiques Tabac Toxines Microparticules

Statut hormonal

Microbiote

Pathogène

Microbiote modifié

Inflammation muqueuse Brochopneumopathie Parodontitie

Conflit immunologique Immunisation anti-citrulline ACPA

Élargissement du répertoire reconnu par les ACPA

Épigénétique

Microbiote pathogène

Translocation microbienne arthrite

3 L’immunité des muqueuses Comment notre système immunitaire compose avec une interface aussi riche en bactéries…

Immunité innée TLR

MyD88

IRAK

endotoxine

récepteur TNF

reconnaissance des LPS bactériens par les récepteurs TOLL

Réaction inflammatoire = première ligne de défense contre les infections D’après Elson C. N Eng J Med 2002

IKK

NOD2

IKB

TRAF NFKB

TNFα

Médiateurs de l’inflammation : cytokines, PGE2, NOsynthase...

Chaque TLR est adapté à un type de PAMP lipopolyligands ARN sb saccharides uropathogéniques ARN db flagelline ADN CpG

TLR = Toll Like Receptor PAMP = Pathogene Associated Molecular Patterns

TLR 11

TLR 9

TLR 7 TLR 8

TLR 5

TLR 4

TLR 3

TLR 1 TLR 2 TLR 6

lipoprotéines

Le pilotage de l’immunité adaptative

barrière peau, muqueuse antigène signal danger

PAMP

TLR

inflammation

LT NK

régulation LB T reg

immunité innée

immunité acquise

Comment différencier : • Les espèces symbiotiques (commerce) • Les espèces commensales (badauds) • Les espèces parasites/pathogènes (ennemis) • En sachant que, dans certaines conditions, une même espèce peut passer de commensale à pathogène… = pathogènes opportunistes !

La simple détection de particules étrangères ne suffit pas à activer la CPA : Rôle de l’inflammasome TLR = veille extracellulaire

Antigène vaccinal

PRR (TLR) TNF

PAMP Signal 1 : Identification de motifs “étrangers” : • portion hydrophobe des LPS • acides nucléiques…

Signal 2 : Identification de perturbations intracellulaires

adjuvant

Pro-IL-1ß NLRP3

Pro-IL-1ß DAMP

Armement de la cellule dendritique « sentinelle »

Inflammasomme = gardien de l’intégrité intracellulaire IL-1ß

IL-1ß inflammasome

Récepteurs cytokines pro-inflammatoires Molécules costimulation Différenciation Th17

Polarisation M1

Polarisation M2

PAMPs TLR

Défensines

MDP

Phagocytose +

NOD 2

TNFSF15 TNF-α IL-12

-

Th1

NFkB

Cytotoxicité Granulome

CARD9 Autophagie

DAMPs

Atg16L1

proIL-1ß

IRGM

Th0

IL-1ß

MHC II

Th2

IL-23

Inflammasome

ORMDL3 IgA

Th0

Clairance bactérienne Immunité humorale

Th0

Th17 Persistance bactérienne Niche inflammatoire

Génétique des MICI • Nod2 (nucleotide-binding oligomerization domain containing 2) • CARD9 (caspase recruitment domain 9) • Atg16L1 (autophagy-related gene 16-like 1) • IRGM (immunity-related GTPase M) • ORMDL3 (réponse UPR : unfold protein response) • IL-23R (IL-23 receptor) • TNFSF15 (récepteur de la superfamille du TNF, inhibiteur de l’angiogenèse)

Barrett, J.C. Nat Genet 40: 955–962

Clairance bactérienne Immunité humorale

Polarisation M2

TLR

Défensines

Polarisation M1

PAMPs

TNFSF15 TNFα IL-12

-

MDP

Nod2 Nod2 Autophagie +

Th1

NFkB

Cytotoxicité Granulome

card9

Atg16L1 IRGM Th0

CARD9DAMPs proIL-1ß Inflammasome IL-1ß

MHC II

Th0

IL-23

IL-23R Th0

ORMDL3 Th17

IgA

Th2

Treg

Persistance bactérienne Niche inflammatoire

Facteurs génétiques associés à la SA Cytotoxicité NK

TCD8+

Inhibition de l’apoptose

• • • • •

TAP ERAP1 KIR IL-23R IL-17

KIR HLA-B27

ERAP TAP Proteasome

Th1

TCD4+

Th17 IL-1 HLA-B27 misfolding

C cible Th17

UPR

Th17

Mφ

IL-17

IL-6

TNF-α IL-1

IFN-γ IL-23R IL-23 Adapté de : Colbert RA. Immunological Reviews 2010 Vol. 233: 181–202

Inflammation

Communautés et singularités de la génétique du Crohn et de la SA Crohn

SA

Hyperperméabilité et inflammation intestinale Défaut de clairance bactérienne

Autophagie NOD2

IL-17 IL-12 TNF-α IL-23

Stress RE

Infiltrat macrophages CD163+

B27

4 Comment les bactéries ont-elles appris à « parler » humain ?

La vie sociale des bactéries Pseudomonas aeruginosa isolé ou organisé en colonie

Quelles sont les informations nécessaire à la survie d’une bactérie ou d’une levure ?

• Est-ce qu’il y a à manger ?

– Des « palpeurs » renseignent la bactéries sur la présence de nutriments dans son environnement

• Est-ce qu’il y a risques imminents ?

– D’autres « palpeurs » permettent de détecter des substance témoignant de la mort de bactéries : – fraction liposoluble des lipoprotéines membranaires – acides nucléiques

• Ça ne vous rappelle rien ???

• Que fait une bactérie quand elle perçoit ces signaux ?

– Sporulation – Synthèse de bulles de gaz qui lui permettent de changer de strate dans un milieu acqueux

LUCA : ancêtre de tous les êtres vivants (Last Universal Common Ancestor)

4,5 milliards d’années

3,5 milliards d’années 2,4 milliards d’années

Homo habilis 2,4 millions d’années Eucaryotes pluricellulaires : 500 millions d’années

Des briques fondamentales communes

Un code ADN commun : ATGC Une transcription en ARN remplacement T / U Une même façon de traduire en protéines Ribosomes ARN de transfert Un code de 20 acides aminés

Un fond commun de gènes et de protéines homologues Notamment celles qui concernent la conversation…

Un langage universel ?

Non, mais des universaux dans les langages…

• la fonction primitive d’adaptation d’une cellule vivante ou d’un organisme vivant à son milieu est une nécessité absolue pour survivre ●

fonction primitive

●

hautement conservée

●

les mécanismes sont très voisins pour les procaryotes et les eucaryotes

• notre système immunitaire est totalement empreint de ces fonctions primordiales • l’étude parallèle des mécanismes de la réponse immune à un agent infectieux et dans un processus «auto-immun» montrent qu’ils sont intimement liés • l’étude du dialogue bactérie-système immunitaire est susceptible de fournir des explications à la pérennisation des phénomènes auto-immuns

Ce langage universel permet aux bactéries filamentaires d’utiliser notre système immunitaire pour se protéger d’autres micro-organismes

Quorum sensing : système de communication des procaryotes • Dialogue procaryote-procaryote intra-espèce – Contrôle de la taille de la colonie – Spécialisation fonctionnelle

• Dialogue procaryote-procaryote inter-espèces – Organisation du microbiote intestinal – Biofilms

• Dialogue procaryote-eucaryote – Bactéries sensibles à nos secrétions hormonales, neuromédiateurs…

– Certaines bactéries pilotent le système immunitaire à leur avantage…

– Exemple : la différenciation Th17 promue par les bactéries filamentaires les protège des champignons

5 L’étude des microbiotes peut-elle avoir des débouchés thérapeutiques ?

Clostridium difficile • Bacille Gram + anaérobie strict – Appartient à la flore intestinale normale – Normalement présent en faible abondance

• Agent des colites pseudomembraneuses : – Infection digestive sévère – Surtout chez le sujet âgé – Après antibiothérapie

• Répond au traitement antibiotique • Mais risque de récidive +++ – 25% après 1er épisode – 35 à 45% après 2e épisode – > 50% au delà

Kelly CP. N Engl J Med. 2013;368(5):474–5.

Un « nouveau » traitement, déjà utilisé au 4e siècle en Chine dans le traitement des diarrhées…

• Essai randomisé en ouvert chez des patients ayant présenté ≥ 1 rechute d’infection à C. difficile après antibiothérapie • 3 bras thérapeutiques : – Transplantation fécale /donneurs sains après lavement et vancomycine cure courte – Vancomycine – Vancomycine + lavement

• Sélection des donneurs : – Volontaires sains < 60 ans – Questionnaire pour évaluer les risques d’infections transmissibles – Multiples sérologies : HIV, HTLV 1 et 2, hépatites A, B et C, CMV, EBV, syphilis, strongyloides, entamoeba histolytica

• Transplantation fécale : – Selles collectées le jour de l’administration – Dilution dans 500 ml sérum physio – Administration par sonde nasoduodénale 50 ml/ 2 à 3 min

Taux de rémission sans rechute

van Nood E. N Engl J Med. 2013 Jan 31;368(5):407–15.

Diversité du microbiote intestinal avant et après transplantation fécale

Index de Simpson = score de diversité biologique

van Nood E. N Engl J Med. 2013 Jan 31;368(5):407–15.

Dans la maladie de Crohn • Plusieurs essais de probiotiques méthodologiquement ± bien conduits • Le plus souvent un effet significatif vs placebo • Mais : – Absence de stabilité dans le temps – Restauration plus ou moins rapide d’une flore pathologique

Et dans la PR ?

Mandel DR. BMC Compl Alt Med. 2010;10(1):2-7

Conclusion • Le microbiote intestinal peut être assimilé à un véritable organe : – Alimentation – Apports énergétiques, vitamines, acides aminés et lipides essentiels – Éducation du système immunitaire – Participation à la défense vis-à-vis des entéropathogènes

• Un dialogue permanent existe entre la flore muqueuse et le système immunitaire de l’hôte

Conclusion :

lien entre génétique, infections et rhumatismes • Les populations humaines ont subi pendant des millénaires une pression de sélection du fait de l’environnement infectieux • Notre génome est imprégné de cette sélection • Les facteurs de résistance aux infections ancestrales peuvent constituer des éléments déterminants dans la physiopathologie des maladies inflammatoires • La modification de l’environnement infectieux et la diminution de la pression infectieuse sont susceptibles de révéler de nombreuses pathologies : – allergies – auto-immunité…

Perpectives thérapeutiques Restaurer la biodiversité (microbiome sain) ?

Flore intestinale

Barrière intestinale Immunité innée

Immunité adaptative

Un véritable organe microbien Diminue les capacités invasives des pathogènes

Compétition alimentaire avec les pathogènes

Participe à la barrière épithéliale

occupe les récepteurs cellulaires aux molécules d’adhésion

Secrète de l’acide lactique

Microbiote intestinal Signaux de stimulation pour le recrutement de lympho T et B

IgA

Th17

Produit des ligands qui activent les TLR

Peptides antimicrobiens