L’Institut Necker Enfants Malades (INEM) met à l’honneur un organe aussi essentiel que complexe : l’intestin.

À l’INEM, plusieurs équipes de recherche explorent cet organe et les maladies qui sont liées à son dysfonctionnement à travers des approches complémentaires. La recherche sur l’intestin s’intéresse aux interactions du microbiote intestinal, au renouvellement des cellules qui compose l’intestin par les cellules souches intestinales, et aux mécanismes moléculaires qui régulent l’inflammation intestinale.

Ces différentes approches sont menées par trois équipes de recherche : 

• L’équipe Plasticité du génome et infections, dirigée par Laurence Arbibe, 
• L’équipe StemNest Lab – La niche des cellules souches dans le développement et la maladie, dirigée par Meryem Baghdadi, 
• Et l’équipe Interaction hôte-microbiote intestinal, dirigée par Pamela Schnupf.

Ces trois chercheuses et les membres de leurs équipes ont tous·tes choisies de concentrer leurs efforts pour mieux comprendre l’intestin et trouver des solutions à ses dysfonctionnements variés.

• L’INTESTIN ET SES FONCTIONS

Intestin est un organe central dans le corps humain. Il effectue à la fois une action de digestion et de réabsorption des nutriments et de l’eau, mais il joue également un rôle important dans l’immunité d’un individu. Toutes ses fonctions sont possible grâce à sa position à l’interface avec l’environnement – ce qui se situe ici à l’intérieur des intestins.

L’intestin est l’organe le plus long du corps humain et peut atteindre jusqu’à huit mètres de longueur. Il est assez hétérogène et se décompose en plusieurs grandes parties, dont les principales sont l’intestin grêle – responsable de la majorité de la réabsorption des nutriments – et le gros intestin/colon – qui héberge un microbiote composé de plusieurs bilions de microorganismes (bactéries, virus…) essentiel à la digestion. 

Ses fonctions de réabsorption sont intrinsèquement liées à la forme des parois des intestins. Pour augmenter la quantité de nutriments absorbés, la solution de l’intestin est d’augmenter sa surface de contact : la paroi des intestins, loin d’être lisse, est composées de cellules qui s’agencent en un million répétitions de deux structures :  les villosités (bosses) et les cryptes (creux). 

Les cellules qui sont au fond des cryptes permettent à l'épithélium intestinal de se renouveler, ce qu’il fait continuellement. Ce sont les cellules souches intestinales qui permettent ce renouvellement total tous les trois à cinq jours. Ces cellules ont deux fonctions : 

• S’auto-renouveler, pour conserver des cellules souches et maintenir l’homéostasie (l’équilibre) intestinale. 
• Se différencier, soit en cellule sécrétoire qui vont sécréter du mucus ou des agents antimicrobiens, soit en cellule qui absorbe les nutriments. Ces différenciations permettent le bon fonctionnement de l'intestin.

Le microbiote intestinal - qui comprend l’ensemble des microorganismes vivants dans l’intestin – a longtemps été « l’organe oublié » du corps humain. Ces 15 dernières années cela a changé grâce aux nouvelles technologies de séquençage de l’ADN à haut débit, qui ont notamment permis d’analyser la diversité des espèces présentes dans le microbiote. Le microbiote peut être considéré comme un organe car il rempli des fonctions précises grâce à un ensemble de gènes que nous n’avons pas ! Par ailleurs, on comptabilise 10 fois plus de microorganismes que de cellules humaines dans un corps humain, ce qui démontre aussi de son importance. Le microbiote est en communication avec les autres organes et il va impacter leur état sain ou malade de différentes façons, et notamment par sa composition qui varie selon de nombreux facteurs comme la géographie, la nutrition, ou la santé. En général, la santé du microbiote, et par extension du corps humain, est associée à une haute diversité du microbiote : il se comporte en fait comme un écosystème qui serait plus stable et résistant aux changements grâce à sa grande diversité. Plus récemment, une vision intégrée du corps humain voit nos cellules et le microbiote se rejoindre dans une entité plus complexe : le holobionte !

Cet équilibre entre les cellules humaines, le système immunitaire et le microbiote intestinal peut cependant être perturbé dans certaines pathologies chroniques. Parmi elles, les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin (MICI), qui regroupent principalement la maladie de Crohn et la rectocolite hémorragique, constituent un problème majeur de santé publique, particulièrement dans les pays industrialisés. Ces maladies se caractérisent par une inflammation chronique de l’intestin liée à une réponse immunitaire excessive contre le microbiote intestinal. Leur origine est complexe et multifactorielle : elles résultent d’interactions entre des prédispositions génétiques, des facteurs environnementaux (comme l’alimentation ou le mode de vie) et des déséquilibres du microbiote intestinal, appelés dysbioses. Comprendre comment ces différents facteurs interagissent pour déclencher et entretenir l’inflammation constitue aujourd’hui un enjeu central de la recherche sur l’intestin.

• LA NICHE DES CELLULES SOUCHES DANS LE DEVELOPPEMENT ET LA MALADIE

Le StemNest Lab, dirigé par Meryem Baghdadi (chargée de recherche CNRS), explore le rôle du microenvironnement dans la régulation des cellules souches intestinales au cours du développement, de la régénération et des maladies pédiatriques. Meryem Baghdadi est arrivée à l’Institut Necker Enfants Malades en 2025 pour ouvrir son équipe après avoir remporté le financement ATIP en 2023. Elle étudie le renouvellement de l’intestin depuis huit ans, et s’intéresse maintenant aux cellules souches dans une maladie infantile dévastatrice : l’entérocolite ulcéronécrosante.

« Les cellules souches intestinales sont cruciales lorsqu’il y a une blessure de l’intestin, par exemple une infection bactérienne. Ce sont elles qui vont permettre de régénérer l’intestin en se divisant beaucoup plus rapidement. Ces cellules sont aussi essentielles lorsqu’il y a des maladies inflammatoires de l’intestin, comme la maladie de Crohn. »

« Les cellules souches intestinales ne travaillent pas toutes seules, elles sont extrêmement régulées par leur micro-environnement, qu’on appelle aussi la « niche » : cela englobe les molécules de l’environnement, le contact direct d’une cellule adjacente, mais aussi les forces ou les tensions/compressions mécaniques auxquelles les cellules sont soumises. » Ce dernier point est appelé l’environnement mécanique, et l’étude de son impact sur les cellules souches intestinales correspond précisément au sujet de recherche du laboratoire StemNest.

Dans l’entérocolite ulcéronécrosante, ce sont les bébés très grands prématurés qui sont principalement touchés par cette maladie où l’intestin ne se régénère plus. Cette maladie est multifactorielle, et on ne sait pas aujourd'hui encore pourquoi un bébé va la développer pas un autre. Il y a plusieurs facteurs de risques connus, et on sait qu’une première blessure de l’intestin immature est souvent liée la première prise alimentaire de ces enfants. La régénérescence ne se passe pas correctement ce qui induirait alors cette maladie dévastatrice. 

Le StemNest lab cherche à comprendre pourquoi les cellules souches de ces enfants sont défectueuses, et pour cela, les chercheur·euses se basent sur des modèles : des souris dans lesquelles on réussi à reproduire la maladie pour mieux l’étudier. Margot Budzyk (ingénieure-lab manager) est la première membre historique de l’équipe de Meryem, et c’est elle qui a ramené ce modèle d’entérocolite ulcéronécrosante chez les souris depuis les Etats-Unis – une première en Europe.

« Cette maladie est vraiment sous étudiée, souligne Meryem Baghdadi, on est en train de valider et mettre en place tous les modèles pour étudier le (dys)fonctionnement des cellules souches dans des souris ou des organoïdes où on peut induire la maladie. »

En effet, ces modèles de souris complémentent des échantillons de patients malades, et permettent de développer des organoïdes : une version miniature et simplifiée d'un organe – ici l’intestin – en trois dimensions et qui est utilisée en laboratoire, par exemple pour tester des médicaments.

« On aimerait tester 1700 médicaments approuvés par l’European Medical Agency sur ces organoïdes, rajoute Meryem Baghdadi, pour voir si certains pourraient prévenir la maladie, ou la soigner. On serait les premiers à pouvoir essayer plusieurs centaines de médicaments à grande échelle pour cette maladie, et c’est essentiel. Ces enfants sont aujourd’hui traités difficilement, ont souvent des séquelles graves et doivent être très suivis à l’hôpital par la suite. »

« C’est vraiment fondamental de comprendre cette maladie. Soigner quelque chose qu’on ne comprend pas, c’est très compliqué. »

Cette maladie de l’intestin est caractérisée aussi par un dérèglement du microbiote chez les bébés prématurés plusieurs jours avant son développement. Cela pourrait être même un jour être utilisé comme diagnostic précoce.

• LES INTERACTIONS ENTRE HOTE ET MICROBIOTE INTESTINAL

L’équipe dirigée par Pamela Schnupf étudie justement les interactions étroites entre le microbiote intestinal et les cellules de l’intestin. Pamela Schnupf (directrice de recherche Inserm) a ouvert son équipe en 2019 à l’INEM pour se concentrer sur la recherche en génomique, en phylogénétique et sur la microscopie électronique. Elle a été attirée par la bactérie SFB, dont la diversité est surprenante et qui protège son hôte contre de nombreux pathogènes du microbiote.

« Le microbiote intestinal joue un rôle important pour divers systèmes organiques ; il remplit plusieurs fonctions, dont l’une est liée au système immunitaire. À la naissance, les organismes tels que les humains possèdent un système immunitaire sous-développé, qui mûrit avec le temps mais qui dépend également du microbiome. Et bien que le microbiome se compose de milliers d’espèces, seules quelques espèces bactériennes se sont révélées particulièrement importantes pour le développement immunitaire. La bactérie que nous étudions en laboratoire, la bactérie filamenteuse segmentée (SFB), s’est révélée être une bactérie commensale véritablement essentielle pour l’entraînement du système immunitaire de l’hôte. »

Très peu de choses sont connues sur cette bactérie qui reste très difficile à cultiver en laboratoire. L’équipe de Pamela Schnupf a établi des conditions de cultures in vitro qui permettent d’étudier la bactérie dans son environnement naturel : avec des cellules intestinales. Ces bactéries SFB sont en réalité présentes chez les poissons, les mammifères et les oiseaux. En analysant leur cycle de vie et leur mode d’adhésion à l’épithélium intestinal, l’équipe cherche à comprendre comment ces bactéries influencent la maturation du système immunitaire, la résistance aux pathogènes et la susceptibilité aux maladies.

« Ces bactéries se développent sous forme de longs filaments, puis se fixent à la muqueuse épithéliale ; elles établissent une interaction étroite, ce qui fait qu’elles sont perçues par le système immunitaire comme des agents pathogènes potentiels, même si elles ne pénètrent pas au-delà de l’extrémité des cellules épithéliales. C’est un peu comme si elles sonnaient l’alarme, mais sans appeler les pompiers », explique Pamela Schnupf. « Une question fondamentale que nous nous posons également est la suivante : comment arrivent-elles là ? Comment traversent-elles la surface pour atteindre les cellules de l’intestin ? Nous pensons désormais que c’est parce qu’elles sont flagellées, mais cela reste à prouver, car nous ne savons pas encore si ce flagelle a une quelconque fonction. »

Alice Daniau (doctorante BioSPC en quatrième année) est passionnée par la microbiologie et l’immunité. En intégrant le laboratoire des Interactions Hôte-Microbiote pour étudier SFB, elle a trouvé le parfait équilibre. Alice cherche à décrire le flagelle de SFB et son effet immunostimulateur, mais surtout sa potentielle motilité – ce qui serait une première mondiale ! 

« Lorsque l’on a découvert le génome de SFB, il y avait beaucoup de gènes de flagelle, mais personne ne l’a vu se déplacer. En réalité, étudier SFB est très difficile car il faut des conditions précises pour son développement. Il fallait donc commencer par améliorer les techniques de culture et d’observation de la bactérie pour pouvoir étudier son flagelle. »

Le laboratoire a notamment réussi à extraire la bactérie depuis la matière fécale de souris colonisées par SFB, ce qui est essentiel pour une bactérie qui n’est pas cultivable sur des boîtes de pétri ou dans des flasques de culture. En collaborant avec Pablo Vargas, un autre cherche de l’INEM, l’équipe de Pamela Schnupf a pu obtenir des chambres d’observation très petite, qui permettent d’observer des SFB en grande densité dans une zone très restreinte. Cette technique a permis d’observer la motilité de SFB avec plus précision. L’étude du flagelle de SFB par Alice Daniau comprend la motilité conférée par le flagelle (vitesse, trajectoire, capacité à se déplacer dans un milieu visqueux comme le mucus intestinal), mais aussi la stimulation immunitaire dont le flagelle pourrait être en partie responsable. En effet, lors de l’attachement de SFB aux cellules intestinales, plusieurs signaux pro-inflammatoires sont déclenchés et viennent notamment stimuler le système immunitaire. 

 A ce jour, le laboratoire des Interactions Hôte-Microbiote a pu établir que la bactérie SFB existe chez les humains, et que son processus de colonisation est le même que chez les souris ! Ces observations permettent d’envisager d’utiliser SFB dans des probiotiques pour stimuler l’état inflammatoire normal des intestins chez les enfants où l’on trouve un déséquilibre du microbiote. SFB pourrait aussi amener à un vaccin pour les jeunes enfants contre de nombreuses maladies diarrhéiques avec un fort taux de mortalité induites par des pathogènes bactériens. Des maladies dans différents organes sont en réalité dépendantes du microbiote intestinal. En introduisant SFB dans les modèles de souris utilisés en laboratoire, on pourrait espérer améliorer la recherche contre de nombreuses autres maladies.

• LA PLASTICITE DU GENOME DANS LES INFECTIONS

Parmi les maladies intestinales, il existe une catégorie de maladies liée à l’inflammation chronique de l’intestin en réponse au microbiote intestinal que l’on appelle les MICI (pour Maladies Inflammatoires Chroniques de l’Intestin). La maladie de Crohn ou la rectocolite hémorrhagique sont deux exemples de MICI qui sont particulièrement étudiées par l’équipe Plasticité du génome et infections, dirigée par Laurence Arbibe (DR, MD-PhD Inserm) cheffe d’équipe à l’INEM. Laurence Arbibe a rejoint l’INEM en 2014 où elle a ouvert son équipe pour étudier les phénomènes épigénétiques et leur régulation dans les maladies intestinales.

« L’objectif global de l’équipe est d’identifier les mécanismes fondamentaux qui sous tendent l’inflammation chronique dans les MICI. Un premier axe de recherche vise à comprendre les mécanismes de l’inflammation chronique qui sont médiés par l’hôte. Ici on s'intéresse surtout aux mécanismes qui perturbent l'information épigénétique. Un deuxième axe vise cette fois ci à identifier des traits bactériens qui sous-tendent cette inflammation chronique et qui est l'axe soutenu par le groupe de David Skurnik. »

Pour étudier les mécanismes qui contrôlent l’expression des gènes inflammatoires, l’équipe utilise certaines entérobactéries pathogènes comme véritables « outils moléculaires ». Ces bactéries injectent dans les cellules intestinales des protéines capables d’interagir directement avec la chromatine, la structure qui organise l’ADN et régule l’expression des gènes.

L’équipe a mis en évidence le rôle essentiel d’une protéine épigénétique appelée HP1, capable de réprimer des gènes pro-inflammatoires. Lorsque cette protéine est inactivée dans des modèles animaux, les souris développent une inflammation chronique accompagnée d’un déséquilibre du microbiote intestinal, ce qui ressemble à la rectocolite hémorragique étudiées chez des patients. On observe également une forte diminution de HP1 dans certains patients atteint de MICI, indiquant la possibilité d’une dérégulation des mécanismes épigénétiques dans la maladie. Les travaux conduits par le Dr Yunhua Chang-Marchand ont montré le rôle essentiel de HP1 dans le contrôle de la réponse épigénétique de l’épithélium colique face à des stimuli inflammatoires tels que l’interféron gamma, connu pour être dérégulé dans cette maladie.

L’équipe a également découvert qu’un autre mécanisme cellulaire est perturbé chez les patients atteints de MICI : le « splicing » de l’ARN, c’est-à-dire le découpage qui permet de produire des ARN messagers fonctionnels avant la synthèse des protéines. En analysant les cellules intestinales de plusieurs centaines de patients, les chercheurs ont observé que la machinerie cellulaire responsable de ce découpage utilisait des sites anormaux, entraînant la production de protéines aberrantes. Parmi elles, une protéine associée au vieillissement cellulaire, la progérine, normalement absente de l’intestin en bonne santé, s’accumule dans les cellules intestinales des patients. Les chercheurs développent désormais des modèles animaux innovants permettant de suivre en temps réel les défauts de découpage de l’ARN associés à l’inflammation chronique. Ces modèles serviront à tester de grandes bibliothèques de molécules afin d’identifier de futurs traitements capables de corriger ces anomalies cellulaires.

Le second axe de recherche, porté par David Skurnik, étudie le rôle des bactéries intestinales du microbiote dans les MICI. David Skurnik (Pr, PU PH, MD PhD) est arrivé à l’INEM en 2018 et a rejoint l’équipe de Laurence Aribe pour étudier les déséquilibres du microbiote (dysbioses) observés chez les patients atteints de MICI. Il a travaillé sur ces thématiques notamment avec les chercheuses postdoctorales Delphine Allouche et Eya Toumi.

« Mon approche en tant que microbiologiste de formation, c’est de vraiment comprendre quelle est le lien, et ensuite la causalité, entre les bactéries du microbiote et les MICI. Il existe des bactéries anti-inflammatoires, qui pourraient avoir un rôle protecteur dans les MICI et sur lesquelles il y a actuellement des essais cliniques, et des bactéries pro-inflammatoires, dont les entérobactéries. »

Parmi les entérobactéries, certaines souches d’Escherichia coli dites adhérentes et invasives (AIEC), sont fortement associées aux poussées inflammatoires de la maladie de Crohn. Pour identifier les facteurs de virulence responsables de leur comportement inflammatoire, l’équipe a construit une immense banque de centaines de milliers de mutants bactériens. Cette approche permet d’analyser systématiquement quels gènes favorisent la survie des bactéries dans un environnement intestinal inflammatoire et quels mécanismes amplifient la réponse inflammatoire de l’hôte. Ces recherches visent à identifier des cibles thérapeutiques très spécifiques afin de développer, à terme, des traitements capables de neutraliser uniquement les bactéries pathogènes sans perturber l’ensemble du microbiote intestinal.

L’ambition à long terme de l’équipe est de mieux comprendre les interactions entre inflammation, génome et microbiote pour ouvrir la voie à des stratégies thérapeutiques plus ciblées, à la fois préventives et curatives, dans les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin.

CONCLUSION

L’ensemble des travaux menés par les équipes de l’INEM pour la recherche sur l’intestin souligne la complexité de cet organe qui se situe à l’interface entre environnement, microbiote et système immunitaire, et dont l’équilibre repose sur des mécanismes étroitement régulés.

Les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin illustrent la fragilité de cet équilibre : elles résultent d’interactions multiples entre facteurs génétiques, environnementaux et déséquilibres du microbiote.

À l’INEM, les recherches menées par ces trois équipes visent à mieux comprendre ces interactions afin de proposer, à terme, des approches diagnostiques et thérapeutiques plus ciblées pour les maladies de l’intestin.