Deux toxines, deux stratégies de trafic : voies cellulaires contrôlant l'intoxication par les Cytolethal Distending Toxins // Two toxins, two trafficking strategies: host pathways controlling cytolethal distending toxin intoxication

Les toxines bactériennes de type Cytolethal Distending Toxin (CDT) sont produites par de nombreuses bactéries pathogènes et sont connues pour induire des dommages à l'ADN dans les cellules eucaryotes. Leur sous-unité catalytique, CdtB, possède une activité nucléase capable de provoquer des cassures de l'ADN, entraînant un arrêt du cycle cellulaire et une distension caractéristique des cellules intoxiquées. Malgré les progrès réalisés dans la compréhension de leurs effets cellulaires, les mécanismes permettant à ces toxines d'entrer dans les cellules et de rejoindre leur cible nucléaire restent encore largement incompris.
Afin d'identifier les facteurs cellulaires impliqués dans l'intoxication par ces toxines, un crible génétique à l'échelle du génome basé sur la technologie CRISPR-Cas9 a été réalisé. Ce crible a permis d'identifier plusieurs gènes dont l'inactivation modifie la sensibilité des cellules à deux toxines CDT issues de bactéries différentes, Campylobacter jejuni (CjCDT) et Haemophilus ducreyi (HdCDT). Les infections par Campylobacter jejuni sont l'une des principales causes de gastro-entérite bactérienne dans le monde et représentent près des deux tiers des zoonoses en Europe. Haemophilus ducreyi est l'agent causal du chancre mou, une infection sexuellement transmissible endémique dans les régions tropicales et subtropicales, avec une prévalence estimée à plusieurs millions de cas annuels. L'analyse des résultats suggère que ces deux toxines, bien qu'elles possèdent une activité enzymatique similaire et ciblent toutes deux le noyau, pourraient emprunter des voies intracellulaires distinctes pour atteindre leur cible.
Les résultats du crible indiquent notamment que l'intoxication par CjCDT dépend fortement de l'environnement membranaire de la cellule, incluant certains composants du glycocalyx et des lipides membranaires, suggérant un rôle clé des propriétés de la membrane plasmique dans l'entrée de la toxine. À l'inverse, l'intoxication par HdCDT semble impliquer des mécanismes plus structurés de tri endosomal et de trafic intracellulaire, notamment au niveau des endosomes tardifs, de l'appareil de Golgi et de certaines voies de dégradation associées au réticulum endoplasmique.
L'objectif principal de ce projet de thèse est de valider expérimentalement les mécanismes cellulaires mis en évidence par ce crible génétique et de déterminer les étapes clés du trajet intracellulaire de ces deux toxines. Pour cela, différentes approches complémentaires seront mises en œuvre, notamment la génération de lignées cellulaires knock-out pour certains gènes candidats identifiés dans le crible ainsi que l'utilisation d'outils pharmacologiques permettant de perturber spécifiquement certaines voies de trafic intracellulaire. Ces approches permettront de confirmer le rôle des gènes candidats et de préciser les étapes cellulaires impliquées dans l'entrée, le transport intracellulaire et l'accès au noyau des toxines.
Ce travail devrait permettre de mieux comprendre comment des toxines bactériennes proches peuvent exploiter différemment les systèmes de trafic intracellulaire des cellules hôtes pour atteindre leur cible. Au-delà de l'intérêt fondamental pour la biologie cellulaire et la microbiologie, les résultats attendus pourraient contribuer à identifier de nouveaux déterminants cellulaires de la sensibilité aux toxines bactériennes. Une meilleure compréhension de ces mécanismes pourrait également ouvrir de nouvelles perspectives pour le développement de stratégies visant à limiter les effets pathogènes de ces toxines lors d'infections bactériennes.
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Cytolethal Distending Toxin (CDT)-type bacterial toxins are produced by numerous pathogenic bacteria and are known to induce DNA damage in eukaryotic cells. Their catalytic subunit, CdtB, exhibits nuclease activity capable of causing DNA strand breaks, leading to cell cycle arrest and characteristic cell distension in intoxicated cells. Despite advances in understanding their cellular effects, the mechanisms by which these toxins enter cells and reach their nuclear target remain largely unclear.
To identify cellular factors involved in toxin intoxication, a genome-wide CRISPR-Cas9 genetic screen was performed. This screen revealed several genes whose inactivation alters cell sensitivity to two CDT toxins from different bacteria, Campylobacter jejuni (CjCDT) and Haemophilus ducreyi (HdCDT). Campylobacter jejuni infections are a leading cause of bacterial gastroenteritis worldwide and account for nearly two-thirds of zoonoses in Europe. Haemophilus ducreyi is the causative agent of chancroid, a sexually transmitted infection endemic in tropical and subtropical regions, with an estimated prevalence of several million cases annually. Analysis of the screen results suggests that, although these two toxins share similar enzymatic activity and both target the nucleus, they may use distinct intracellular pathways to reach their destination.
The screen results indicate that intoxication by CjCDT is highly dependent on the cell membrane environment, including certain glycocalyx components and membrane lipids, suggesting a key role for plasma membrane properties in toxin entry. In contrast, HdCDT intoxication appears to involve more structured mechanisms of endosomal sorting and intracellular trafficking, particularly at the level of late endosomes, the Golgi apparatus, and certain degradation pathways associated with the endoplasmic reticulum.
The main objective of this thesis project is to experimentally validate the cellular mechanisms highlighted by the genetic screen and to determine the key steps in the intracellular trafficking of these two toxins. To achieve this, complementary approaches will be implemented, including the generation of knockout cell lines for selected candidate genes identified in the screen and the use of pharmacological tools to specifically disrupt certain intracellular trafficking pathways. These approaches will confirm the role of candidate genes and clarify the cellular steps involved in toxin entry, intracellular transport, and nuclear access.
This work should improve our understanding of how closely related bacterial toxins can differentially exploit host cell intracellular trafficking systems to reach their target. Beyond the fundamental interest for cell biology and microbiology, the expected results could help identify new cellular determinants of susceptibility to bacterial toxins. A better understanding of these mechanisms may also open new avenues for developing strategies to limit the pathogenic effects of these toxins during bacterial infections.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

Université de Toulouse

458 SEVAB - Sciences Ecologiques, Vétérinaires, Agronomiques et Bioingenieries

Nous recherchons un(e) étudiant(e) motive(e), ambitieux(e), dynamique, capable de travailler en groupe et en ayant de bonnes capacités de communication et d'organisation. Le candidat idéal devrait avoir une formation en biologie cellulaire et moléculaire. Des connaissances en microbiologie, bio-informatique et toxicologie peuvent être bénéfiques. L'expérience en culture cellulaire, en biologie moléculaire et/ou en analyse bio-informatique de données omiques serait fortement appréciée.
We are looking for a motivated, ambitious, and dynamic student, able to work in a team and with strong communication and organizational skills. The ideal candidate should have a background in cell and molecular biology. Knowledge of microbiology, bioinformatics, and toxicology would be beneficial. Experience in cell culture, molecular biology, and/or bioinformatics analysis of omics data would be highly valued.