Characterization of Staphylococcus aureus extracellular vesicles and the study of their impact on the host immune response

Abstract

Les vésicules extracellulaires bactériennes (VEs) sont des nanoparticules sphériques, entourées d’une bicouche lipidique, produites par la plupart des cellules et sécrétées dans le milieu environnant. Elles jouent un rôle essentiel dans la communication entre les cellules (intra et inter-espèce) et dans la vectorisation des propriétés biologiques des cellules, de par leur capacité à transporter des molécules d’une cellule productrice à une cellule receveuse. Staphylococcus aureus, bactérie d'une grande importance médicale et vétérinaire, secrète des VEs impliqués dans les interactions avec l’hôte. A ce jours, la plupart des travaux sur les EVs de S. aureus ont concerné des isolats cliniques et la caractérisation de leur contenu en protéine. Ici, nous fournissons un profil transcriptomique et protéomique complet de la souche clinique HG003 de S. aureus et de ses VEs à partir de différentes conditions environnementales. Remarquablement, il s'agit de la première caractérisation approfondie du contenu en ARN des VEs de S. aureus dans la literature. En moyenne, 78,0 % des transcrits annotés dans le génome de HG003 ont été identifiés dans les VEs, qui contiennent toutes les catégories d'ARN, y compris les petits ARN régulateurs (ARN). Seulement 5 % de ces ARN pourraient se trouver sous une forme intacte, la grande majorité des ARN identifiés étant fragmentée. Le contenu en protéines des VEs est tout aussi divers avec, entre autres, des facteurs de virulence, des régulateurs transcriptionnels et des enzymes de voies métaboliques variées. Bien que la composition des VEs soit affectée par l'état physiologique des cellules productrices, des différences de composition en protéines et ARN entre les VEs et les cellules productrices ont été détectées, suggérant des processus d’empaquetage sélectif de leur contenu en protéines et ARN. Au niveau de leurs fonctions biologiques, nous avons montré que l'ajout de VEs de HG003 à des cultures bactériennes de S. aureus améliorait leur croissance en conditions carencées. Dans le cadre des interactions hôte-pathogène, les VEs de HG003 induisent l'expression de plusieurs cytokines pro-inflammatoires dans différentes lignées cellulaires humaines, sans pour autant être cytotoxiques. Cependant, la réponse cellulaire induite par les VEs diffère de celle induite par la bactérie vivante. Ce résultat suggère que les VEs exercent des fonctions différentes de celles des bactéries. Des résultats similaires ont été obtenus à partir de l’analyse comparée du transcriptome d’une lignée de cellules épithéliales de la glande mammaire bovine en présence de VEs d’un isolat bovin de S. aureus et de la bactérie. Ces résultats originaux montrent, à l’échelle du génome, l’étendue de l’activité des VEs de S. aureus sur les cellules de l’hôte. Notre étude a découvert de nouveaux éléments des VEs de S. aureus, leurs rôles potentiellement fonctionnels et fourni de nouvelles connaissances sur le rôle des VEs de S. aureus intra-espèce, dans les interactions hôte-pathogène et dans la pathogenèse staphylococcique.