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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 : A. Zapun, T. Vernet, J.P. Simorre (IBS) ; 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 de pentapeptides. Sa fonction est de donner sa forme à la cellule et de maintenir la pression osmotique interne. Les éléments de formation du peptidoglycane sont synthesisés 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 : Mattei, Neves and Dessen (2010) Curr. Opin. Struct. Biol. 20, 749-755.

Parmi les acteurs cytoplasmique de la biosynthèse du peptidoglycane, les enzymes MurC, MurD, MurE et MurF sont des ligases adénosine triphosphate (ATP)-dépendantes et catalysent l’addition séquentielle d’acides aminés sur le précurseur UDP-MurNAc dans le but de générer un petit peptide qui va être lié sur une couche du peptidoglycane. De plus, il a été mit en évidence qu’un certain nombre d’acteurs impliqués dans la biosynthèse du peptidoglycane interagissaient les uns avec les autres. Parmi eux, il a été largement démontré que MreB joue un rôle clé dans l’organisation spatiale de l’ensemble du processus chez les bacilles. Notre groupe a montré que MurD, MurE et MurF reconnaissent et lient toutes MreB et MurG, mais ne sont pas liées entre elles, tandis que MreB et MurG elles, interagissent ensemble. De plus, nous avons résolu la structure cristallographique de MurD, MurE et MurF, et ainsi que les complexes avec l’ADP pour les deux dernières. Ces structures révèlent que les domaines C-terminaux de ces molécules peuvent adopter différentes orientations, confirmant l’hypothèse que les ligases Mur peuvent avoir différentes conformations lors de la reconnaissance d’un ligand. Cela peut jouer un rôle important dans la reconnaissance et la liaison de MreB and MurG. Ces résultats nous fournissent une base de travail pour comprendre les exigences structurales d’un complexe cytosolique des enzymes muréine-synthèse impliquant la protéine du cytosquelette MreB. (Favini-Stabile et al. (2013) Environ. Microbiol.)

Fig 2.- Les étapes cytoplasmiques de la biosynthèse du peptidoglycane sont catalysées par les enzymes Mur. Issue de Nikolaidis, Favini et Dessen (2014) Protein Sci.

Développement de nouveaux inhibiteurs

Les antibiotiques de type Beta-lactam 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, impliquant 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 S. pneumoniae (Contreras-Martel, et al., 2011) et douze de MurD de E. 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 permit l’identification d’analogues du boronate capables de tuer 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).