Une étude met en valeur la glycolyse comme cible thérapeutique potentielle pour lutter contre Mycobacterium tuberculosis

On ne sait pas exactement comment Mycobacterium tuberculosis détourne la réponse immunitaire chez l’homme, bien que des preuves suggèrent un immunométabolisme de l’hôte. le lien intrinsèque entre le métabolisme des cellules immunitaires et leur fonction immunitaire. Le germe M. Tuberculose On sait qu’il perturbe une voie métabolique appelée glycolyse dans les cellules myéloïdes infectées, qui comprennent les macrophages, par un mécanisme peu clair.

Une compréhension plus précise de ce mécanisme pathogène pourrait fournir une cible contre la bactérie, responsable de 1,6 million de décès en 2021 et de 10 millions de nouveaux cas de tuberculose chaque année.

Une étude vient d’être publiée Communication naturelle par des chercheurs de l’Université d’Alabama à Birmingham et de l’Institut de recherche en santé en Afrique (AHRI) montre comment M. tuberculosis perturbe l’homéostasie de la molécule à haute énergie NADH et reprogramme la glycolyse dans les cellules myéloïdes. Cela met en évidence la glycolyse comme cible thérapeutique potentielle pour lutter contre la principale maladie infectieuse mortelle au monde.

La glycolyse est la voie qui convertit le glucose en pyruvate, formant les molécules riches en énergie ATP et NADH. Cependant, la voie peut aller dans les deux sens, et les chercheurs en ont profité pour appliquer une approche plus sélective pour inhiber le flux glycolytique. Des expériences antérieures ont adopté une approche plus semblable à celle d’un marteau, comme l’utilisation d’un inhibiteur qui bloque l’absorption du glucose dans les cellules myéloïdes.

Le processus réversible de fermentation du lactate est catalysé par l’enzyme lactate déshydrogénase, ou LDH en abrégé. La LDH se compose de quatre sous-unités, un mélange de sous-unités LDHA et LDHB. Lorsque la LDH est constituée principalement de sous-unités LDHA, sous-unité majoritairement exprimée dans les cellules myéloïdes, elle convertit préférentiellement le pyruvate en lactate et le NADH en NAD.⁺. Cependant, une LDH composée de sous-unités LDHB favorise la réaction inverse.

Le rôle du LHDA dans la pathogenèse de la tuberculose est inconnu. Les chercheurs de l’UAB et de l’AHRI ont examiné le tissu pulmonaire réséqué Patients atteints de tuberculose et ont découvert que les cellules épithéliales bronchiques myéloïdes et les lymphocytes étaient positifs pour le LDHA car ils étaient impliqués dans des phénomènes immunologiques caractéristiques tels que la formation de granulomes et l’alvéolite.

« Ces données suggèrent que la LDHA est une protéine métabolique importante dans la réponse immunitaire aux lésions tuberculeuses humaines. »

Adrie Steyn, Ph.D., auteur principal de l’étude

Sachant que NADH/NAD⁺ régule la glycolyse en étapes définies, Steyn et ses collègues ont émis l’hypothèse que le flux glycolytique médié par le NAD(H) dans les cellules myéloïdes protège l’hôte de l’infection par M. tuberculosis. Pour tester cela, ils ont créé des souris dépourvues de la sous-unité LDHA dans les cellules myéloïdes. Ces cellules ont une capacité glycolytique réduite car une fonction altérée de la LDH, constituée uniquement de sous-unités LDHB, réduit leur capacité à régénérer le NAD.⁺ du NADH en présence de pyruvate.

Les souris déficientes en LDHA étaient plus sensibles à l’infection lorsqu’elles étaient infectées par une faible dose de M. tuberculosis et avaient une durée de survie considérablement réduite. La pathologie globale et l’histopathologie des poumons étaient également pires chez les souris déficientes en LDHA. En outre, les souris de type sauvage ont initialement montré une forte réponse inflammatoire contre l’infection par M. tuberculosis en tant que réponse immunitaire protectrice, alors que l’inflammation précoce était remarquablement absente chez les souris déficientes en LDHA.

“Cela suggère que le LDHA est nécessaire à la protection contre la tuberculose et que le flux glycolytique dans les cellules myéloïdes est essentiel pour le contrôle de l’infection et de la maladie à M. tuberculosis”, a déclaré Steyn.

Malgré les preuves d’une réponse immunitaire réduite, lorsque les chercheurs ont quantifié l’expression des gènes dans les poumons de souris déficientes en LDHA, ils ont découvert que les ARNm associés aux processus inflammatoires étaient parmi les plus enrichis, en particulier un ensemble de gènes robustes d’interféron gamma. “La signature robuste de l’expression du gène de l’interféron gamma chez des souris plus sensibles avec une réponse immunitaire atténuée était particulièrement intrigante car l’interféron gamma est une cytokine antimycobactérienne indispensable qui est généralement considérée comme protectrice contre la tuberculose”, a déclaré Steyn.

Cette énigme a été résolue par des expériences bioénergétiques montrant que les macrophages de souris ont besoin de LDHA et de son NAD médié par la LDH.⁺ Régénération de leur réponse métabolique à l’interféron gamma.

Depuis NAD⁺ L’épuisement semble être au cœur de l’inhibition glycolytique provoquée par M. tuberculosis. Les chercheurs ont demandé si l’ajout d’un NAD⁺ Le précurseur nicotinamide altérerait la capacité des macrophages à déclencher une réponse immunitaire.

Il a été constaté que le nicotinamide augmente la capacité glycolytique des macrophages dérivés de la moelle osseuse infectés par M. tuberculosis. Les chercheurs ont émis l’hypothèse que le nicotinamide agit comme une thérapie dirigée par l’hôte en améliorant la glycolyse dans les macrophages infectés par M. tuberculosis grâce à sa conversion en NAD(H) via le NAD.⁺ Itinéraire de récupération.

Dans des expériences in vitro au cours desquelles ils ont infecté des macrophages avec des cellules exprimant la luciférase, ils ont découvert que le nicotinamide est un traitement efficace contre la tuberculose. M. Tuberculose. Les macrophages infectés ont montré que le nicotinamide réduisait la luminescence de manière dose-dépendante 48 heures après l’infection, et cette réduction des bactéries pathogènes dépendait de la glycolyse. Dans un modèle murin, nourrir des souris avec du nicotinamide pendant quatre semaines, soit trois jours soit 28 jours après l’infection, a montré une réduction par dix de la charge de M. tuberculosis dans les poumons et a également réduit l’inflammation dans les poumons.

La nicotinamide a été décrite pour la première fois dans les années 1940 pour le traitement de la tuberculose via un mécanisme différent. Cependant, cette méthode a été largement abandonnée lorsque des médicaments bien plus efficaces ont été découverts à l’âge d’or des antibiotiques.

Toutefois, la situation de la tuberculose a radicalement changé au cours des 60 dernières années. L’incidence de la tuberculose s’élève à plus de 10 millions de nouveaux cas par an, et l’agent pathogène a développé une résistance aux médicaments de première ligne qui ont remplacé le nicotinamide, explique Steyn.

“Nous avons fourni des preuves supplémentaires d’un effet dépendant de l’hôte du nicotinamide, des exigences métaboliques nécessaires à son activité et de preuves modernes de son activité.” efficacité comme traitement contre la tuberculose en utilisant deux schémas thérapeutiques in vivo », a déclaré Steyn à propos de l’étude en cours. « D’un point de vue logistique, le nicotinamide répond à de nombreux critères établis par l’Organisation mondiale de la santé pour un nouveau schéma thérapeutique optimal contre la tuberculose. » Il est peu coûteux, biodisponible par voie orale, stable au stockage, remarquablement sûr et tolérable, et il est bien étudié et utilisé régulièrement chez l’homme pour une variété d’indications. En fin de compte, ces propriétés rendent le nicotinamide attrayant en tant qu’outil ancien dans un environnement moderne. »

Une question sans réponse demeure, dit Steyn. Comment M. tuberculosis réduit-il les niveaux de NAD(H) ? Selon les chercheurs, une explication partielle pourrait être la sécrétion de toxine nécrosante de la tuberculose, ou TNT, un NAD, par M. tuberculosis.⁺ Glycohydrolase. Cette toxine, rapportée par Michael Niederweis, Ph.D. signalé par l’UAB en 2015, est la première toxine jamais trouvée dans M. tuberculosis au cours de 132 années d’enquête. Le TNT réduit considérablement le NAD chez M. tuberculosis de type sauvage⁺ Fréquence des macrophages infectés.

Steyn est professeur de microbiologie à l’UAB et dirige des laboratoires à l’UAB et à l’AHRI à Durban, dans le KwaZulu Natal, en Afrique du Sud, une région qui est l’épicentre mondial de l’infection tuberculeuse. Niederweis est professeur au Département de microbiologie de l’UAB.

L’auteur principal de l’étude, « L’homéostasie NAD(H) sous-tend la protection de l’hôte médiée par les cellules myéloïdes glycolytiques dans la tuberculose », est Hayden T. Pacl, MD, Ph.D., Département de microbiologie de l’UAB.

Les co-auteurs avec Steyn et Pacl sont Krishna C. Chinta, Vineel P. Reddy, Sajid Nadeem, Ritesh R. Sevalkar et Joel N. Glasgow, Département de microbiologie de l’UAB ; Anupam Agarwal, Département de médecine de l’UAB, Division de néphrologie ; et Kiewershen Nargan, Kapongo Lumamba et Threnesan Naidoo, AHRI, Université du KwaZulu Natal, Durban, Afrique du Sud. Naidoo a également un rendez-vous à l’Université Walter Sisulu, Eastern Cape, Afrique du Sud.

Le soutien a été fourni par les subventions Al111940, AI134810, AI137043, AI138280, A127182 et DK079337 des National Institutes of Health. Un financement partiel a été fourni par le Wellcome Strategic Core Award 201433/Z/16/A.