Neisseria meningitidis est une bactérie piliée à tropisme strictement humain qui réside dans le nasopharynx à l’état commensal. La bactérie peut parfois atteindre la circulation sanguine, coloniser la paroi des vaisseaux sanguins et déclencher une méningite ou, dans des cas extrêmes, un purpura fulminans.
Les auteurs avaient précédemment identifié des mécanismes moléculaires et cellulaires utilisés par la bactérie pour se stabiliser à la surface des cellules endothéliales, malgré les contraintes hémodynamiques produites par le flux sanguin. Ainsi, le méningocoque utilise ses pilis de type IV (T4P) pour se lier au récepteur transmembranaire CD147 et adhérer aux cellules endothéliales. Après la liaison à CD147, ces organelles bactériennes filamenteuses rétractiles interagissent avec les chaines glucidiques de l’extrémité N-terminale du récepteur β2-adrénergique et activent mécaniquement une voie de signalisation spécifique dans la cellule endothéliale infectée. Les effects biochimiques qui en résultent permettant d’ancrer rapidement la bactérie à la membrane plasmique de la cellule hôte, de la stabiliser contre le flux sanguin grâce à la formation de protusions de la membrane plasmique et finalement de franchir l’endothélium pour infecter les tissus sous-jacents.
Ces protrusions membranaires qui enveloppent les colonies naissantes sont enrichies en protéines du cytosquelette comme l’ezrine et l’actine.
Cependant, les processus cellulaires précoces précédant la liaison et l’activation des récepteurs spécifiques du méningocoque restaient inexpliqués. En particulier, on ne savait pas comment de très petits nombres de bactéries circulantes arrivent à activer des récepteurs exprimés de façon peu abondante à la membrane des cellules de l’hôte.
Les mécanismes précoces de l’interaction de la bactérie avec ses récepteurs ont été explorés, le point de départ étant l’étude du recrutement et de la dynamique des tétraspanines, des protéines ayant une affinité particulière pour les structures courbées de la membrane plasmique.
Le méningocoque induit la formation précoce de structures tubulaires de la membrane plasmique (TMS) des cellules endothéliales, par un mécanisme physique.
La tetraspanine CD9 s’accumule dans ces TMS, contrairement à l’ezrine, marqueur de signalisation, indiquant que ce recrutement est indépendant des voies de signalisation cellulaires connues. Par des expériences de FRAP (fuorescence recovery after photobleaching), les auteurs ont montré que le méningocoque induisait l’accumulation et la séquestration dans les TMS de nombreuses protéines transmembranaires, indépendamment de leur fonction biologique, d’autres protéines transmembranaires restant exclues.
La formation des TMS ne nécessite aucune activité biochimique cellulaire: elle est observable dans des cellules pré-fixées à la paraformaldéhyde, ou déplétées en ATP, ou encore dans des préparations de membranes isolées (PM sheets). La formation des TMS est un phénomène purement physique qui est même contrecarré par la polymérisation de l’actine, conséquence de la signalisation cellulaire activée par les récepteurs du méningocoque. La formation de ces TMS peut être reproduite dans des cellules incompétentes pour l’infection par le méningocoque, dans des expériences de gain de fonction reconstituant la possibilité d’activation par la bactérie.
En conclusion, nos résultats indiquent que l’initiation de la formation des TMS est indépendante de la signalisation induite par la bactérie et dépend uniquement d’un phénomène physique survenant au niveau de la membrane plasmique de la cellule hôte.
Ce phénomène répondant au nom de « wetting », explique comment la membrane plasmique de la cellule hôte, se comportant comme un fluide, remonte le long des pili bactériens grâce à des contraintes énergétiques favorables. Grâce au wetting, la concentration locale des récepteurs du méningocoque est augmentée, rendant plus probable l’interaction avec les ligands bactériens présents sur les pili.
Nos résultats suggèrent que Neisseria meningitidis a développé, au cours de l’évolution, une stratégie originale pour optimiser l’interaction entre ses pili – contenant les ligands bactériens – et les récepteurs de la cellule hôte exposés à la surface de l’endothélium. En exploitant le wetting, la bactérie induit une concentration locale des récepteurs dans les TMS, augmentant ainsi significativement la probabilité de rencontre ligand/récepteur. Ce mécanisme est de nature purement physique et indépendant de la signalisation cellulaire. Nous proposons ici un paradigme inédit : la probabilité de rencontre ligand/récepteur ne repose pas uniquement sur des processus biochimiques cellulaires, mais peut aussi émerger de contraintes physiques, pouvant offrir un avantage évolutif majeur aux pathogènes possédant des pilis de type IV.
La concentration de récepteurs via le wetting pourrait être utilisée par d’autres bactéries et même pas certaines populations cellulaires produisant des nanotubes.
En savoir plus
Laurent-Granger A, Sollier K, Saubamea B, Mignon V, Goudin N, Wormser Y, Wuckelt M, Rifai M, Heng T, L'hermitte L, Conflitti M, Meyer J, Lecuyer H, Jamet A, Borghi N, Girard P, Bille E, Lavieu G, Rubinstein E, Marullo S, Coureuil M. Meningococci drive host membrane tubulation to recruit their signaling receptors. Nat Commun. 2025 Nov 25;16(1):10433. doi: 10.1038/s41467-025-65436-1. PMID: 41290585.
Financement : ANR-19-CE14-0045-002
