Preferential interaction of Salmonella typhimurium with mouse Peyer's patch M cells

• Published in: Research in microbiology Vol. 145; no. 7; pp. 543 - 552
• Main Authors: Clark, M.A, Jepson, M.A, Simmons, N.L, Hirst, B.H
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Paris Elsevier SAS 1994; Elsevier
• Subjects: Actin; Actine; Adherence; Adhesion; Animals; Bacterial Adhesion - physiology; Bacteriology; Biological and medical sciences; Cellule M; Epithélium folliculaire; Female; Follicle-associated epithelium; Fundamental and applied biological sciences. Psychology; Gut; In Vitro Techniques; Intestin; Invasion; M cell; Membrane ruffles; Mice; Mice, Inbred BALB C; Microbiology; Microfilament Proteins - physiology; Microscopy, Confocal; Microscopy, Electron, Scanning; Mouse; Oral vaccination; Pathogenicity, virulence, toxins, bacteriocins, pyrogens, host-bacteria relations, miscellaneous strains; Peyer's patch; Peyer's Patches - microbiology; Plaque de Peyer; Plissements membranaires; Salmonella; Salmonella typhimurium; Salmonella typhimurium - pathogenicity; SOuris; Ulex europaeus; Ulex europaeus 1; Vaccination per os; Salmonella; M cell; Peyer's patch; Oral vaccination; Intestin; Gut; Adhesion; Salmonella typhimurium; Ulex europaeus 1; Plaque de Peyer; Invasion; Vaccination per os; Membrane ruffles; Adherence; Plissements membranaires; SOuris; Follicle-associated epithelium; Mouse; Actin; Epithélium folliculaire; Cellule M; Actine; Animal model; Pathogenesis; Rodentia; Cell cell interaction; Host agent relation; Epithelium; Vertebrata; Mammalia; Bacteria; Epithelial cell; Colon; Enterobacteriaceae; Quantitative analysis
• ISSN: 0923-2508; 1769-7123
• DOI: 10.1016/0923-2508(94)90031-0

We have used a mouse Peyer's patch gut loop model to investigate the role of the intestinal membranous epithelial (M) cells in the pathogenesis of Salmonella typhimurium. These specialized antigen sampling cells are located in the follicle-associated epithelium (FAE) overlying the isolated and aggregated lymphoid follicles in the small and large intestines. Our studies have demonstrated that S. typhimurium adheres more frequently to the Peyer's patch FAE cells than to the villous enterocytes and that, within the FAE, this bacterium preferentially interacts with the M cells. Quantitative light microscopic studies, using the lectin Ulex europaeus 1 (UEA1) to identify M cells, revealed that 34-fold more bacteria bound per unit area of M cells than per unit area of enterocyte. Within a 30-min incubation period, some M cells had clearly been invaded by the Salmonella. We therefore propose that M cells are a major route by which S. typhimurium penetrates the intestinal epithelial barrier. Bacterial adhesion to M cells occurred in a non-uniform pattern, suggesting the existence of M-cell subtypes. The interaction of S. typhimurium with mouse Peyer's patch M cells was accompanied by membrane ruffle formation and polymerized actin redistribution similar to that observed in cultured cell lines infected by this bacterium. This study emphasizes the suitability of Salmonella as an oral vaccine delivery system since, by preferentially interacting with the M cells, these bacteria are targeted to sites where cells of the immune system are concentrated. Nous avons utilisé un modèle murin de plaques de Peyer étudier le rôle des cellules épithéliales M dans la pathogenèse de l'infection due `a Salmonella typhimurium. Ces cellules spécialisées dans la collecte antigénique sont localisées dans l'épithélium folliculaire (FAE) de l'intestin grêle et du colon. Nous avons démontré que S. typhimurium adhère plus fréquemment au FAE des plaques de Peyer qu'aux entérocytes villeux et que, dans le FAE, cette bactérie interagit préférentiellement avec les cellules M. Une analyse quantitative microscopique, utilisant la lectine UAR1 ( Ulex europeus) pour identifier les cellules M, a révélé que le mombre des bactéries fixées sur les cellules M est 34 fois supérieur au nombre noté sur les entérocytes. Une incubation de 30 min permet de noter des cellules M sont mettement envahies par Salmonella. C'est pourquoi nous pensons que les cellules M représentent une voie préférentielle d'invasion par S. typhimurium à travers la barrière épithéliale intestinale. L'adhérence bactérienne aux cellules M n'est pas homogène, ce qui suggère l'existence de soustypes de cellules M. L'interaction de S. typhimurium avec les cellules M des plaques de Peyer s'accompagne d'ondulations membranaires et d'une redistribution d'actine polymérisée similaire à ce qui s'observe dans les cultures de lignées cellulaires infectées par cette bactérie. Nos observations font ressortir l'opportunité de la vaccination par voie orale puisque ces bactéries, interagissant préférentielle avec les celules M, peuvent être dirigées sur les sires où les cellules du système immunitaire sont particulièrement concentrées.