Des endotoxines aux lipopolysaccharides

Description

Les lipopolysaccharides, encore appelés "endotoxines", sont des molécules apparues sur la Terre il y a plus de 2,5 milliards d'années. Elles recouvrent aujourd'hui la surface d'une majorité d'espèces bactériennes. Aucune autre substance naturelle connue n'induit une diversité d'effets aussi grande, allant de la simple fièvre à un état de choc souvent mortel. Cet ouvrage fournit au lecteur une vue condensée de l'immense littérature qui traite de la synthèse de ces molécules par les bactéries, des mécanismes progressivement mis en place par les autres espèces vivantes pour les détecter, et des pathologies qu'elles y déclenchent. Ces pathologies, nosocomiales pour certaines et d'origines inattendues pour d'autres, sont directement responsables d'un nombre considérable de décès dont l'incidence va en augmentant. Cet ouvrage très complet intéressera un public assez large de scientifiques : chercheurs de différents domaines des sciences de la vie, tels que microbiologie, biochimie, immunologie, médecine , étudiants dans les différents domaines des sciences de la vie (BTS, IUT, 2e cycles, écoles d'ingénieurs) , médecins et infirmiers (en particulier en milieu hospitalier), pharmaciens.
Aspects physicochimiques

Sujets

• Ebooks
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• Medecine
• Médecine
• Biochimie
• Sciences de la vie

Informations

• Publié par: TECHNIQUE & DOCUMENTATION
• Date de parution: 12 octobre 2010
• Nombre de lectures: 25
• EAN13: 9782743018054
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 26 Mo

Exrait

Des endotoxines aux lipopolysaccharides

Structures, activités cellulaires et effets physiopathologiques

Richard Chaby

11, rue Lavoisier 75008 Paris

Chez le même éditeur

Les lipides dans le monde vivant – Introduction à la lipidomique C. Leray, 2010.

Entérobactéries – Systématique et méthodes de diagnostic Collection « Monographies de microbiologie » B. Joly, A. Reynaud, 2008.

Immunologie (avec CD-ROM) Collection de la biologie à la clinique e L. Chatenoud, J.-F. Bach, 5 édition, 2008.

Manuel de poche de microbiologie médicale F.H. Kayser, O. Haller, E.C. Böttger, J. Eckert, R.M. Zinkernagel, P. Deplazes, 2008.

L’essentiel de la biologie cellulaire : introduction à la biologie moléculaire de la cellule B. Alberts, D. Bray, K. Hoplin, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, e P. Walter, 2 édition, 2005.

Communications et signalisations cellulaires Hormones, neuromédiateurs, cytokines, facteurs de croissance Y. Combarnous, 2004.

Biochimie pathologique – Aspects moléculaires et cellulaires J. Delattre, G. Durand, J.-C. Jardillier, 2003.

© LAVOISIER, 2010 ISBN : 978-2-7430-1254-0

Toute reproduction ou représentation intégrale ou partielle, par quelque procédé que ce soit, des pages publiées dans le présent ouvrage, faite sans l’autorisation de l’éditeur ou du Centre français d’exploitation du droit de copie (20, rue des Grands-Augustins, 75006 Paris), est illicite et constitue une contrefaçon. Seules sont autorisées, d’une part, les reproductions réservées à l’usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective, d’autre part, les analyses et courtes citations justifiées dans le caractère scientifique ou d’information er de l’œuvre dans laquelle elles sont incorporées (loi du 1 juillet 1992 – art. L. 122-4 et L. 122-5 et Code pénal art. 425).

Je dédie ce livre à mes collègues et amis de l'Institut Pasteur et aux étudiants qui ont transité par mon équipe à la faculté des sciences d'Orsay.

Avant-propos

Abréviations

Sommaire Voir table des matières détaillée p. VI

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Partie 1 Aspects physicochimiques, chimiques, biochimiques et cellulaires Chapitre 1 -Histoire des tout premiers travaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chapitre 2 -Phylogenèse des bactéries et évolution de leurs membranes Chapitre 3 -Environnement cellulaire, extraction et purification des lipopolysaccharides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chapitre 4 -. . .Architecture générale des LPS et méthodes d’analyse Chapitre 5 -Diversité des structures des lipopolysaccharides . . . . . . . Chapitre 6 -Biosynthèse des lipopolysaccharides . . . . . . . . . . . . . . . . Chapitre 7 -Techniques de dosage des LPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chapitre 8 -Interactions des LPS avec les bactériophages . . . . . . . . . Chapitre 9 -Les molécules de reconnaissance et les récepteurs des LPS Chapitre 10 -Signalisation par les LPS et réponses cellulaires . . . . . . . Chapitre 11 -. . . . . . . . . . . . . . . . .Action des LPS sur le cytosquelette Chapitre 12 -Action des LPS sur les lymphocytes B . . . . . . . . . . . . . . . Chapitre 13 -Effets des LPS sur le système du complément . . . . . . . . . Chapitre 14 -Activation de l’axe corticotrope par les LPS . . . . . . . . . . Chapitre 15 -Effets des LPS sur la mort cellulaire : nécrose, apoptose, pyroptose et autophagie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chapitre 16 -. . . . . . . . . . . .Molécules mimant certains effets des LPS Chapitre 17 -Reprogrammation, tolérance et amorçage cellulaires . . . . Chapitre 18 -. . . .Relations structures – activités biologiques des LPS

Partie 2 Aspects physiologiques Chapitre 19 -Un problème mondial de santé publique . . . . . . . . . . . . . Chapitre 20 -. . . . .Les lipopolysaccharides dans notre environnement © Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit

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393 397

Sommaire

Chapitre 21 -Variabilité des effets des LPS chez divers êtres vivants . . Chapitre 22 -. . . . . . . .Pénétration et trafic des LPS dans l’organisme Chapitre 23 -. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Les personnes à risque Chapitre 24 -Les deux types d’effets : bénéfiques et nocifs . . . . . . . . . Chapitre 25 -La fièvre induite par les LPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chapitre 26 -. . . . . . . . .Effets inflammatoires déclenchés par les LPS Chapitre 27 -. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Sepsis et sepsis sévère Chapitre 28 -. . . . . . . . . . .Implication des LPS dans les états de choc Chapitre 29 -Examen clinique, diagnostic de choc septique et examens complémentaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chapitre 30 -Effets physiopathologiques des LPS sur la coagulation sanguine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chapitre 31 -Influences réciproques entre LPS et moelle osseuse . . . . Chapitre 32 -. . . . . . . .Effets des LPS sur les barrières de l’organisme Chapitre 33 -. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Effets pulmonaires des LPS Chapitre 34 -Effets des LPS sur le système nerveux central et périphérique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chapitre 35 -. . . . . . . . . . . . . . .Physiopathologie au niveau cardiaque Chapitre 36 -Effets des LPS au niveau rénal et hépatique . . . . . . . . . . . Chapitre 37 -Physiopathologie au niveau articulaire et osseux . . . . . . . Chapitre 38 -Lipopolysaccharides et maladies parodontales . . . . . . . . . Chapitre 39 -. . . . . . . . . . . . . . . .Physiopathologie au niveau oculaire Chapitre 40 -Effets des LPS sur la gestation, la parturition et le devenir du fœtus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chapitre 41 -Les moyens naturels de protection contre les effets physiopathologiques des LPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chapitre 42 -Stratégies de lutte contre les effets physiopathologiques des LPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chapitre 43 -Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Avant-propos

Abréviations

1. 2.

3. 4. 5.

6. 7.

Table des matières

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Partie 1 Aspects physicochimiques, chimiques, biochimiques et cellulaires

Chapitre 1 Histoire des tout premiers travaux La fièvre et l’inflammation aux débuts de la médecine . . . . . . . . . . e Le XVII siècle : invention du thermomètre et du microscope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . e Les avancées au XIX siècle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les « pyrogènes » . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La thérapie non-spécifique : la toxine de Coley et les travaux de Buchner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Coloration de Gram et apparition du terme « endotoxines » . . . . . . Premières études chimiques, et apparition du terme « lipopolysaccharide » . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Chapitre 2 Phylogenèse des bactéries et évolution de leurs membranes 1. Genèse des microorganismes primitifs, précurseurs des bactéries . . 2. Évolution des membranes des protocellules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1. Rappel des constitutions des enveloppes de microorganismes actuels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2. L’hypothèse d’une protocellule à membrane formée d’oligomères d’isoprène . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3. Suite de l’évolution des protocellules et de leur enveloppe . . . 3. Apparition très ancienne des lipopolysaccharides au cours de l’évolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1. La théorie des bactéries à Gram négatif antérieures à celles à Gram positif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2. La théorie des bactéries à Gram positif antérieures à celles à Gram négatif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3. Estimation de la période d’apparition des lipopolysaccharides sur la Terre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . © Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit

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27

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31

Table des matières

1. 2. 3.

4.

1.

2. 3.

1.

2.

3. 4. 5.

6.

Chapitre 3 Environnement cellulaire, extraction et purification des lipopolysaccharides Environnement moléculaire des lipopolysaccharides . . . . . . . . . . . . Les autres structures enveloppantes dans l’environnement du LPS . Méthodes d’extraction des LPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1. Méthodes fondées sur des différences de solubilité ou de partition entre phases organique et aqueuse . . . . . . . . . . 3.2. Méthodes fondées sur l’emploi d’agents dissociants . . . . . . . . Méthodes de purification des LPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Chapitre 4 Architecture générale des LPS et méthodes d’analyse Architecture générale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1. La découverte des trois régions : chaîne O, noyau et lipide A 1.2. Mise au point sur la terminologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fonctions du polysaccharide et des chaînes O pour la bactérie . . . . Méthodes d’analyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1. Évaluation de l’hétérogénéité de la préparation . . . . . . . . . . . . 3.2. Isolement d’une espèce moléculaire et clivage contrôlé . . . . . 3.3. Méthodes physiques d’analyse : Spectrométrie de masse et RMN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Chapitre 5 Diversité des structures des lipopolysaccharides Diversité et variabilité des structures des régions « lipide A » . . . . . 1.1. Le squelette de di-glucosamine phosphorylé en 1 et 4’ . . . . . . 1.2. Exemples où les groupements phosphate sont absents ou remplacés par d’autres résidus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3. Exemples de squelettes comportant des diamino-hexoses . . . . 1.4. Exemples de squelettes de lipides A atypiques . . . . . . . . . . . . Diversité des structures des « noyaux » . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1. Les noyaux à heptose des Entérobactéries . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2. Les noyaux à heptoses chez les non-Enterobacteriaceae . . . . . 2.3. Les noyaux dépourvus d’heptoses ou de Kdo . . . . . . . . . . . . . Les oligosaccharides de LPS toujours dépourvus de chaînes O . . . . Les chaînes O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Caractéristiques physico-chimiques et structures supramoléculaires des LPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Relations entre LPS et biofilms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Chapitre 6 Biosynthèse des lipopolysaccharides 1. Biosynthèse du lipide A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1. Biosynthèse de la forme canonique du lipide A . . . . . . . . . . . © Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit

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VIII

2.

3.

4.

1.

2.

3.

4. 5.

1. 2. 3.

1. 2.

Des endotoxines aux lipopolysaccharides

1.2. Acyltransférases précoces et tardives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3. Biosynthèse de lipides A contenant des diamino-sucres . . . . . 1.4. Modification de la forme canonique du lipide A par différentes enzymes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5. Biosynthèse de squelettes mono-phosphorylés, non-phosphorylés, ou atypiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Addition des sucres du noyau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1. Substitutions non-stœchiométriques sur le noyau . . . . . . . . . . 2.2. Translocation du complexe noyau-lipide A vers le périplasme Biosynthèse de la chaîne O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1. Synthèse des sous-unités O dans le cytoplasme . . . . . . . . . . . 3.2. Obtention d’une chaîne O complète dans le périplasme . . . . . 3.3. Fixation de la chaîne O sur le complexe noyau-lipide A . . . . . Transfert des LPS sur la face extracellulaire de la membrane externe

Chapitre 7 Techniques de dosage des LPS Teneur en LPS évaluée par dosage d’un constituant caractéristique 1.1. Dosage du Kdo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2. Dosage de l’acide 3-hydroxymyristique . . . . . . . . . . . . . . . . . Dosages par déplacement du maximum d’absorption de colorants . 2.1. Dosage à la carbocyanine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2. Dosage au bleu de 1,9-diméthyleméthylène . . . . . . . . . . . . . . Les tests fondés sur la pyrogénicité, la toxicité et la réaction de Shwartzman . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le test LAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dosage de LPS dans le sang total . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Chapitre 8 Interactions des LPS avec les bactériophages Fixation du phage sur le LPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Clivage des LPS par les phages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Modification de la biosynthèse des LPS par les phages . . . . . . . . . .

Chapitre 9 Les molécules de reconnaissance et les récepteurs des LPS L’hypothèse historique d’un « récepteur du Kdo » . . . . . . . . . . . . . . Les nombreuses molécules de reconnaissance de la région lipide A 2.1. Protéines bactériennes pouvant fixer les LPS . . . . . . . . . . . . . 2.2. Protéines produites par les insectes et les amphibiens . . . . . . . 2.3. Protéines de la coagulation : de l’hémolymphe des arthropodes au plasma des mammifères . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4. Protéines de transport de lipides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5. Autres protéines circulantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6. Protéines des granules de neutrophiles . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit