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Institut de Biologie StructuraleGrenoble / France

Contacts relatifs à cet article / CONTRERAS-MARTEL Carlos

Formation de la paroi bactérienne

Etude structurale et fonctionnelle de la machinerie d’assemblage de la paroi

Collaborations : W. Vollmer (Newcastle Univ. UK) ; E. Breukink (Univ. Utrecht, Holland) ; S. Gobec (Univ. Ljubljana, Slovenia) ; I. Boneca (Institut Pasteur)

La paroi bactérienne est composée principalement de peptidoglycane (ou muréine), un réseau tridimensionnel formé par la polymérisation de chaînes de disaccharides (N-acetylglucosamine (NAG) et acide N-acetylmuramic (NAM)) reliées par des chaînons pentapeptidiques. Sa fonction est de donner sa forme à la cellule et de maintenir la pression osmotique interne. Les éléments de formation du peptidoglycane sont synthétisés dans 3 compartiments cellulaires différents : le cytoplasme, la membrane, et le périplasme.


Fig.1.- Les protéines impliquées dans la biosynthèse du peptidoglycane sont localisées au niveau du cytoplasme, de la membrane et de la paroi de la cellule bactérienne. IM, inner membrane ; OM, outer membrane ; Source : Laddomada, Miyachiro & Dessen (2016).

Les protéines impliquées dans la biosynthèse du peptodoglycane (PG) s’associent en complexes multi-protéiques distincts qui régulent à la fois la division cellulaire et l’élongation ; Leur inhibition ou leur dérégulation peut entrainer des défauts dans la forme de la cellule et souvent leur lyse et la mort cellulaire.

Les Penicillin-binding proteins (PBPs) catalysent les deux dernières réactions de la biosynthèse du PG et des études ont montré qu’elles pouvaient s’associer avec des membres des complexes de la division et de l’élongation au cours du cycle cellulaire. Un de ces partenaires, MreC, est une protéine associée à la membrane qui peut former des fibres chez certaines bactéries et qui pourrait servir d’échafaudage pour les macromolécules impliquées dans l’élongation du PG. Cependant les interactions protéiques au sein de ces complexes ne sont retrouvées qu’à certains points définis du cycle cellulaire, impliquant que ces interactions soient brèves, fragiles et difficiles à isoler.

Nous avons surmonté ces difficultés et avons réalisé une caractérisation structurale et fonctionnelle du complexe PBP2:MreC du pathogène humain Helicobacter pylori ainsi que de PBP2 non complexée (Contreras-Martel et al. (2017) Nature Comm ; Fig. 2).

Fig 2.- Structure de PBP2 de Helicobacter pylori dans sa forme libre (gauche) et en interaction avec MreC (droite). La région N-terminale de PBP2, qui comprend les domaines « tête » et d’ancrage, doit subir un large changement de conformation afin d’interagir avec son partenaire, la protéine MreC.

Ces résultats ont été mis à l’honneur dans la presse nationale et internationale :

Brèves INSB :
http://www.cnrs.fr/insb/recherche/parutions/articles2017/a-dessen.html

Folha de São Paulo :
https://www1.folha.uol.com.br/equilibrioesaude/2017/10/1925154-cientista-brasileira-engorda-bacterias-para-combate-las.shtml

Site Web CNPEM/Diário do Pará :
http://cnpem.br/brasileira-tenta-engordar-bacteria-para-combate-la/

Diário da Saúde :
⚠️ <html>https://www.diariodasaude.com.br/news.php?article=descoberto-novo-alvo-antibioticos-inovadores-contra-superbacterias&id=12377</html>

Clefs CEA :
http://www.cea.fr/multimedia/Documents/publications/clefs-cea/CLEFS67-FR-PAGES.pdf

Développement de nouveaux inhibiteurs

Les antibiotiques de type Beta-lactame ont tenu une place très importante dans les traitements antibiotiques au cours des 80 dernières années, aussi bien dans le traitement des organismes Gram-positif que Gram-négatif. Cependant, les bactéries pathogènes ont développé des mécanismes de résistance aux antibiotiques efficaces pour contrer l’emploi de ces médicaments. Ceci implique l’importance de poursuivre l’effort fait pour la recherche de nouveaux antibactériens dont la structure serait distincte de celle du repliement classique des bêta-lactamines. Dans notre recherche de nouveaux inhibiteurs, nous avons ciblé aussi bien les étapes cytoplasmiques que périplasmiques de la biosynthèse du peptidoglycane, et avons utilisé les ligases Mur et les PBPs en tant que cible.

Nous avons résolu onze complexes enzyme-inhibiteur de PBP1b de Streptococcus pneumoniae (Contreras-Martel, et al., 2011) et douze de MurD de Escherichia coli (Kotnik et al., 2007 ; Humljan et al., 2008 ; Zidar et al., 2010 ; Zidar et al., 2011 ; Tomašić et al., 2011 et Sosič et al., 2011), (Fig.3). Ce travail a permis l’identification d’analogues du boronate capables d’inhiber la souche Staphylococcus aureus multi résistante (MRSA) (Contreras-Martel et al. 2011).

Fig 3.- A) Le site actif de PBP1b (S. pneumoniae) liant des inhibiteurs boronate dans différentes conformations. B) Fixation d’inhibiteurs dans le site actif de MurD (E. coli).