Une nouvelle étude rédigée par Sambhawa Priya et d’autres chercheurs offre un aperçu détaillé des interactions entre le microbiome intestinal des humains en bonne santé et malades. De nombreuses maladies chroniques sont liées à une gamme d’altérations dans la composition de la microflore intestinale, ainsi qu’à des changements dans la régulation des gènes de l’hôte et des voies de signalisation.
Dans cette étude, publiée sous forme d’article en libre accès dans la revue Microbiologie naturelleles auteurs retracent les interconnexions entre l’expression des gènes de l’hôte et le microbiome intestinal dans les maladies gastro-intestinales telles que les maladies inflammatoires de l’intestin (MII) et le syndrome du côlon irritable (IBS).
Introduction
De nombreuses études antérieures sur des modèles animaux ont montré dans quelle mesure l’expression des gènes de l’hôte est modulée par la flore intestinale, indiquant la relation d’interdépendance riche et profonde entre la physiologie animale et les microbes intestinaux. Les changements épigénétiques peuvent altérer les processus immunologiques et métaboliques chez les animaux. Ainsi, comprendre comment ceux-ci se connectent et agissent les uns sur les autres pourrait aider à révéler comment ces maladies se produisent et se renforcent.
La recherche sur le cancer colorectal a montré que les gènes liés à l’expression de chimiokines telles que CXCL6 et DUOX2 sont corrélés à l’enrichissement de certains microbes intestinaux pathogènes et à l’expression élevée de gènes hôtes impliqués dans l’inflammation intestinale et la formation de tumeurs. Des interactions similaires ont été découvertes dans IBS.
Cependant, ces études se sont concentrées uniquement sur les gènes différentiellement exprimés (DEG), les gènes immunitaires ou certains microbes ou groupes microbiens. Ils n’ont recherché que certains types de corrélations pour la plupart et ont examiné les associations avec une maladie à la fois.
« Par conséquent, les modèles communs et uniques d’associations hôte-microbiome dans plusieurs états pathologiques restent mal caractérisés.”
L’étude actuelle a visé à tracer entièrement les corrélations entre l’expression des gènes muqueux et le profil de microbiome d’intestin en trois conditions : CRC, IBS, et IBD. À l’aide de l’apprentissage automatique, ils ont intégré les résultats de plusieurs ‘omiques, pour obtenir des associations vraies et significatives entre ces variables dans chaque condition.
Qu’a montré l’étude ?
Des études antérieures ont trouvé à la fois Peptostreptococcaceae et Streptocoque espèces à s’enrichir dans les trois conditions, tandis que les bactéries productrices de butyrate ont été perdues dans le CRC et l’IBD. Cependant, en revanche, les gènes de l’hôte se distinguent par leurs modifications dans chaque maladie. L’IBS a montré un schéma d’expression des gènes antibactériens, avec une rupture des voies de récupération des purines. L’IBD est associée à la dérégulation des voies pro-inflammatoires et le CCR est marqué par l’activation des voies Notch et WNT qui signalent les changements oncogènes.
Dans cette étude, les chercheurs ont utilisé deux ensembles d’échantillons, des échantillons de microbiome et de microbiome intestinal hôte. Cela a montré des corrélations entre chaque paire dans une seule des trois méthodes, indiquant une association sélective entre certains gènes et certains microbes. Ce problème a été surmonté grâce à l’approche d’apprentissage automatique qu’ils ont développée.
Ils ont découvert que des microbes intestinaux spécifiques sont associés à des voies communes, quelle que soit la maladie (IBS, IBD ou CRC). D’autres voies spécifiques ont également été impliquées, où chaque maladie a montré un schéma différent de corrélation entre les microbes intestinaux et l’expression des gènes.
Les scientifiques ont choisi de se concentrer sur les cinq voies les plus importantes parmi celles-ci.
Trois voies partagées ont été identifiées, communes aux trois, qui régulent l’inflammation intestinale, la barrière épithéliale intestinale et la réparation de la barrière. Ceux-ci incluent la phosphorylation oxydative. D’autres se sont avérés chevaucher des paires de ces trois conditions. Plus d’une centaine de voies spécifiques à chaque maladie ont également été identifiées, dont plus de la moitié étaient liées au CCR et un quart chacune à chacune des deux autres affections. Les voies spécifiques à l’IBD incluaient celles associées aux intégrines, tandis que celles spécifiques à l’IBD incluaient les voies immunologiques.
Les scientifiques ont également examiné la voie RAC1, qui régule à la fois la réparation muqueuse et la réponse immunitaire dans l’intestin. Bien que certains gènes hôtes partagés aient été observés dans les trois conditions, ils étaient associés à différents groupes microbiens dans chaque maladie. Dans les MICI, par exemple, il était corrélé avec Granulicatelle et certaines Clostridiesmais avec l’oncogène Parvimonas et Bacteroides fragilis en CRC.
Les gènes hôtes communs ont été enrichis pour les voies immunitaires épithéliales intestinales, mais avec des taxons microbiens spécifiques à la maladie. Certains microbes couramment trouvés dans des conditions inflammatoires ont été trouvés en plus grande abondance à la fois dans l’IBS et l’IBD. À l’inverse, les mêmes microbes ont produit des effets différents en fonction de leur interaction avec différents gènes hôtes et par différentes voies.
Un exemple est Streptocoque, qui est associé à des gènes qui régulent les voies WNT et NF-κB dans le CRC, mais qui sont des régulateurs de la réponse des macrophages dans le SCI. Cela suggère que «bien que les maladies puissent être caractérisées par des perturbations microbiennes similaires, ces microbes peuvent avoir un impact sur les processus physiopathologiques spécifiques à la maladie par association avec différents gènes hôtes dans chaque maladie.”
D’autres études seront nécessaires pour comprendre dans quel sens cette corrélation fonctionne, bien sûr. Dans le même temps, différents microbes ou ensembles de microbes peuvent moduler les gènes hôtes et les voies qui sont communs à deux ou plusieurs de ces conditions, ou une association spécifique peut être trouvée dans une maladie particulière. Un exemple de la première est l’association entre trois microbes différents dans l’IBS, l’IBD et le CRC, respectivement, avec le même gène hôte PINK1 et la voie de signalisation P13-kinase/AKT.
Ce dernier cas est illustré par la voie Syndecan-1, un régulateur de la croissance tumorale, qui est corrélé avec Parvimonas et Bacteroides fragilis dans le seul CRC. « Le schéma spécifique à la maladie de la diaphonie gène hôte-microbe suggère que les microbes intestinaux, soit par interaction directe avec les cellules hôtes, soit par interaction indirecte (par exemple, via la production de métabolites spécifiques), peuvent réguler différemment l’expression du gène hôte dans des contextes pathologiques spécifiques.”
Les troubles intestinaux comme ceux-ci sont le résultat de nombreuses communications entrelacées entre les microbes et les gènes hôtes, à la fois ceux qui sont propres à la maladie et ceux qui utilisent des voies communes déclenchées par différents microbes, ainsi que ceux qui présentent le même profil microbien mais un gène hôte différent. motifs. Ces résultats confirment l’importance des études multi-omiques utilisant la génomique, la protéomique, la microbiologie et d’autres pour fournir une image intégrée de la microflore intestinale et des gènes de l’hôte dans le processus de la maladie.
