Patrick Plésiat/Gérard Couetdic EA3186, IFR133 UFR SMP Besançon Infection Chronique et Inflammation chez le Patient Atteint de Mucoviscidose Patrick Plésiat/Gérard Couetdic EA3186, IFR133 UFR SMP Besançon

Rappel: la mucoviscidose Mucoviscidose ou fibrose kystique Maladie génétique autosomique récessive grave et fréquente (1:2500 naissances dans la population européenne; 1:12000 au Moyen-Orient) Hétérozygotes sains (?) 1:25 individus Déficit Défaut de la perméabilité aux ions Cl- des cellules épithéliales des glandes exocrines et des voies respiratoires Absence ou altération des canaux ioniques CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance) qui normalement permettent la sortie des Cl- après activation par une protéine kinase AMPc-dépendante Production de secrétions visqueuses obstruant les voies respiratoires, le pancréas et/ou les glandes séminales.

Expression clinique de la maladie Maladie très polymorphe Formes sévères avec affections pulmonaires graves et insuffisance pancréatique; issue fatale rapide Formes atténuées aux conséquences pulmonaires variées et suffisance pancréatique; issue fatale à ± long terme (25 - 30 ans) Formes asymptomatiques avec absorption normale des aliments et des graisses Génotype et phénotype 2 allèles “sévères” entraînent plus souvent une insuffisance pancréatique que 2 allèles “atténués” D ’autres facteurs peuvent moduler la sévérité et la progression de la maladie: contexte génétique de l ’individu: gènes modulateurs environnement: qualité des soins, conditions de vie, précocité du diagnostic..

Les défauts du CFTR Gène et protéine Gène sur le bras long du chromosome 7 Protéine dimérique de 1480 aa / sous-unité, 6 segments transmb, sites de phosphorylation (domaine R), site de liaison aux nucléotides triPO4 (NBF), même famille de transporteurs que glycoprotéines-P Plus de 600 mutations décrites: substitutions d ’aa, délétions, protéines tronquées… la mutation DF508 représente 50 à 80% des mutations Les dégâts causés par les mutations DF508 empêche la maturation correcte de la protéine, sa glycosylation et sa migration jusqu’ à la membrane cellulaire Autres mutations: perturbent la synthèse de la protéine, sa migration ou son insertion correcte dans la mb, diminuent la conductance du canal... Conséquences indirectes (?): augmentation de l ’absorption du Na+, de la sulfatation des protéines et diminution de la sialylation des glycoprotéines

Mutations du gène cftr

Mucoviscidose et infection Le problème infectieux La colonisation microbienne chronique des principales voies aériennes conduisant à des exacerbations infectieuses répétées est une cause majeure de morbidité et de mortalité Allongement considérable de la durée de vie des patients CF au cours des 20 dernières années du à une meilleure prise en charge: nutritionnelle (diététique) respiratoire (kinésithérapie, fluidifiants) antibactérienne (antibiotiques) Le problème microbiologique Complexité de la physiopathologie de l’infection environnement pulmonaire unique chez les patients atteints de CF persistance de germes sur de nombreuses années nature particulière des microorganismes Développement constant de la résistance aux antibiotiques

Facteurs favorisant la colonisation bronchique Hyperviscosité du mucus Causes: Déshydration par modification des caractéristiques ioniques Augmentation de la sulfatation des protéoglycanes Conséquences: Diminution de la clearance mucociliaire Augmentation de l’adhésion bactérienne au mucus Défenses immunitaires locales diminuées Défensine trachéo-bronchique inhibée par [NaCl] (?) Etat inflammatoire local précoce (PNN et IL-8 présents avant 1 an) Adhérence bactérienne favorisée Surproduction d’un récepteur cellulaire / ganglioside (asialo-GM1) par les tissus lésés… Intégrine a5ß1, fibronectine, laminine, CFTR...

Hypothèse physiopathologique Réaction inflammatoire Colonisation / Infection élastase protéases... ++ élastase exotoxine A exoenzyme S... Réaction inflammatoire Immuncomplexes Altération de l’épithélium bronchique Exacerbations infectieuses et insuffisance respiratoire

Microorganismes de la mucoviscidose Bactéries Pseudomonas aeruginosa (80-90%) Staphylococcus aureus (30%) Haemophilus influenzae (15%) Streptococcus pneumoniae ± Bacilles Gram- non fermentants ±: Burkholderia (ex. Pseudomonas) cepacia (2%) Stenotrophomonas (ex. Pseudomonas) maltophilia Alcaligenes xylosoxydans Legionella pneumophila... Autres Virus respiratoire syncitial Aspergillus spp.

Séquence de la colonisation S. aureus S. pneumoniae H. influenzae P. aeruginosa smooth type P. aeruginosa mucoïde (alginate) B. cepacia S. maltophilia Aspergillus sp. Mycobactéries atypiques

Colonisation trachéo-bronchique par P. aeruginosa Age moyen d’acquisition: 8 ans (écarts extrêmes) Plus de 95% des patients finissent par être colonisés par la bactérie La colonisation s’accompagne d’une détérioration de la fonction pulmonaire = étape importante dans l’évolution de la maladie La plupart du temps, les patients sont colonisés par une souche unique de P. aeruginosa pouvant se diversifier en plusieurs morphotypes ou en sous- populations Sous l’effet du stress, les bactéries se modifient et produisent de l’alginate (souches muqueuses), perdent des caractères spécifiques L’apparition de P. aeruginosa bouleverse la prise en charge des patients sur le plan de l’antibiothérapie

P. aeruginosa: facteurs de virulence phospholipases exotoxine A protéase alcaline collagénase élastases LPS, pili exotoxines S,T,U sidérophores hémolysines pyocyanine slime alginate Effet inoculum par quorum sensing

Effets des facteurs de virulence Produit Effet .Alginate Antiphagocytaire Inhibe le chimiotactisme des PNN Neutralise les radicaux oxydatifs Glycoprotéine slime Leucopénie Mitogénèse des lymphocytes Active la voie alterne du complément Exotoxine A Gène la fonction macrophagique Supprime la fonction T lymphocytaire Protéases Inactivent le complément Inactivent l ’inhibiteur de la protéinase a1 Clivent les Ig et les récepteurs du complément Favorisent la libération de mucine Gênent l ’action des PNN Dégradent l ’interféron gamma Cytotoxines Toxiques pour PNN et lymphocytes Pyocyanine Inhibe la prolifération lymphocytaire Inhibe la production de superoxydes Inhibe le mouvement ciliaire

Conclusions Voies de recherche : contrôle de l’infection-inflammation Optimisation de l’administration des antibiotiques (aérosols, liposomes) Recherche de produits anti-virulence, anti-adhérence… Recherche d’inhibiteurs de mécanismes de résistance Complexité du problème Retard dans l’application des méthodes de thérapie génique Pas de nouveaux produits antibiotiques (défensines) Anti-inflammatoires néfastes

EA3186 PERAI Mécanismes de résistance de P. aeruginosa aux antibiotiques Systèmes d’efflux actif Diagnostic de l’infection pulmonaire à P. aeruginosa Réponse anticorps PCR en temps réel Infection et inflammation… Etude du statut inflammatoire des patients CF Modulation de l’expression génique des mécanismes de résistance de P.aeruginosa en réponse à des éléments de la réponse inflammatoire (macrophages, PNN, radicaux libres, NO…)