Fatty acid metabolism at the interface between host and Mycobacterium tuberculosis
Institution:
Université de Paris (2019-....)Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Mycobacterium tuberculosis (Mtb), the causative agent of human Tuberculosis (TB), caused 1.6 million deaths in 2017 and it is estimated that 23% of the world’s population has a latent TB infection. This success is due to Mtb evolving sophisticated strategies to survive intracellularly in macrophages, its preferred habitat, for long periods of time. In particular, Mtb’s high capacity to acquire and assimilate host-derived fatty acids (FAs) is believed to support long-term persistence in vivo. Previous studies have shown that Mtb imports saturated and monounsaturated FAs (SFAs and MUFAs), FAs that are produced by both bacteria and humans, via a dedicated protein complex named Mce1. However,mammals synthesize additional subsets of polyunsaturated ω3 and ω6 FAs (PUFAs) that play important immunoregulatory functions in activated macrophages, through generation of secondary metabolites. How Mtb infection modulates the production of SFAs, MUFAs and PUFAs in host macrophages, and whether PUFAs are hijacked by intracellular Mtb were still unanswered questions. The objectives of this thesis were therefore (i) to determine if Mtb imports the different groups of FAs without distinction in the intra- and extra-cellular contexts and via Mce1; and (ii) to characterize the spatiotemporal regulation of all FAs in Mtb-infected macrophages. By combining click-chemistry tracing and quantitative lipidomic approaches, I found that Mtb efficiently imports ω6, but not ω3 PUFAs, in vitro and within macrophages. Using Mce1-deficient mutants of Mtb, I showed that ω6 PUFAs are imported by the Mce1 transporter, in a SFA-independent but MUFA-competitive manner. Importantly, I observed that Mtb reprograms FA anabolism in host macrophages to induce de novo synthesis of free SFAs, MUFAs, ω6 PUFAs and derived metabolites, but not ω3 PUFAs. Together, my data thus suggest that selective induction of ω6 PUFAs during infection with Mtb may interfere with its intracellular persistence in two antagonist ways: by fueling the pathogen’s growth and by promoting the inflammatory response of macrophages to infection.
Abstract FR:
Mycobacterium tuberculosis (Mtb), l'agent causal de la tuberculose humaine, a causé 1,6 million de décès en 2017 et on estime que 23% de la population mondiale a une infection tuberculeuse latente. Ce succès est dû au fait que Mtb a mis au point des stratégies sophistiquées pour survivre de façon intracellulaire dans les macrophages, son habitat préféré, pendant de longues périodes. En particulier, on pense que la grande capacité de Mtb à importer et à assimiler les acides gras (AG) dérivés de l’hôte favorise sa persistance à long terme in vivo. Des études antérieures ont montré que Mtb importe des AG saturés et mono-insaturés (AGS et AGMI) - des AG produits à la fois par les bactéries et l’hôte - via un complexe protéique dédié appelé Mce1. Cependant, les mammifères synthétisent de surcroît des AG polyinsaturés (AGPI) ω3 et ω6, groupes d’AG qui jouent des fonctions immunorégulatrices importantes dans les macrophages activés, à travers la génération de métabolites secondaires. Comment l'infection à Mtb module la production d’AGS, d’AGMI et d’AGPI dans les macrophages hôtes, et est-ce que les AGPI sont détournés par les bacilles intracellulaires étaient encore des questions non résolues. Les objectifs de cette thèse étaient donc (i) de déterminer si Mtb importe les différents groupes d'AG sans distinction dans les contextes intra et extracellulaire et via Mce1, et (ii) caractériser la régulation spatio-temporelle de tous les AG dans les macrophages infectés par Mtb. En combinant des approches de traçage par clic-chimie et de lipidomiques quantitatives, j'ai trouvé que Mtb importe efficacement les AGPI ω6, mais pas les ω3, in vitro et à l’intérieur des macrophages. En utilisant des mutants de Mtb déficients pour Mce1, j'ai montré que les AGPI ω6 sont importés via le transporteur Mce1, indépendamment des AGS mais de manière compétitive avec les AGMI. Surtout, j'ai observé que Mtb reprogramme l’anabolisme des AG dans les macrophages hôtes pour induire la synthèse de novo des AGS, AGMI, AGPI ω6 libres et de métabolites dérivés, mais pas des AGPI ω3. Ensemble, mes données suggèrent donc que l’induction sélective des AGPI ω6 lors de l’infection par Mtb peut interférer avec sa persistance intracellulaire de deux manières antagonistes : en alimentant la multiplication du pathogène et en favorisant la réponse inflammatoire des macrophages à l’infection.