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Fait marquant

Aiguille et vaccin


Les bactéries pathogènes pour l'Homme telles​ Yersinia pestis et Pseudomonas aeruginosa, injectent leurs toxines en utilisant une nano-machine macromoléculaire, le système de sécrétion de type III. Nous avons récemment découvert chez P. aeruginosa qu’il était possible d’utiliser des anticorps dirigés contre le pore de translocation de ce système de sécrétion afin de l’inhiber. Dans cet article nous montrons d'une part que la protéine constitutive du pore de translocation s’assemble en oligomères prenant la forme d’anneaux et définissent d'autre part au niveau moléculaire la région de la protéine impliquée dans la toxicité bactérienne. Ces conclusions permettront de mieux cibler les développements futurs de nouveaux vaccins ou d'agents anti-microbiens.​

Publié le 10 octobre 2008

​L’émergence de pathogènes bactériens multi-résistants, due notamment à l’utilisation massive d’antibiotiques, est devenue un véritable problème de santé publique. Les bactéries à gram négatif, dont certaines provoquent des infections graves telles que des diarrhées, des pneumopathies ou la peste, sont concernées par ce phénomène. Une des stratégies pour combattre ce fléau est de comprendre les mécanismes moléculaires de la pathogénicité bactérienne afin d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques.

Nous étudions les mécanismes de translocation des toxines bactériennes dans les cellules eucaryotes.


Deux pathogènes sont en particulier utilisés comme modèle : Pseudomonas aeruginosa, responsable de maladies nosocomiales et d’infections graves chez les patients atteins de mucoviscidose et Yersinia pestis, l’agent de la peste. Ces pathogènes synthétisent une véritable nano-machine macromoléculaire d’export protéique, le système de sécrétion de type III (SST3), pour injecter directement des toxines du cytoplasme bactérien dans la cellule hôte (Figure 1). Le SST3 est composé d’une base ancrée dans la double membrane bactérienne surmontée d’une aiguille creuse permettant la sécrétion puis l’injection de toxines après passage d’un pore formé dans la membrane eucaryote (Figure 1). Les toxines ciblent principalement les voies de transduction de signal et le cytosquelette pour inhiber la phagocytose ou induire la mort apoptotique ou nécrotique de la cellule hôte [1].


Figure 1 : L’appareil de sécrétion-translocation du SST3 appelé injectisome.
À gauche, représentation schématique de ce système avec la composition de l’appareil de sécrétion–translocation à la surface bactérienne et en contact avec la cellule hôte.
À droite, observation en microscopie électronique à transmission de l’appareil de sécrétion à la surface du pathogène P. aeruginosa avant interaction avec la cellule hôte (Caroline Gébus, non publié)
Pour comprendre les bases fondamentales de son fonctionnement, cette équipe s’intéresse à plusieurs aspects de ce système complexe :
- la biogenèse de l’aiguille
- les facteurs impliqués dans la régulation de l’expression des gènes SST3,
- les protéines formant le pore de translocation dans les membranes.

• Ces chercheurs ont récemment découvert que la protéine PscF qui polymérise pour former l’aiguille de sécrétion s’associe dans le cytoplasme bactérien [2] à deux chaperonnes pour former un hétérotrimère qui, sous cette forme, inhibe la formation de cette aiguille. La résolution par cristallographie aux rayons X de cet hétérotrimère par une équipe du laboratoire LPM à l’IBS [3] a permis d’orienter les études vers la recherche d’inhibiteurs de cette interaction.

• Par la suite, ces chercheurs ont démontré qu’il était possible d’inhiber l’activité de SST3 en neutralisant la protéine LcrV/PcrV par des anticorps. En effet, cette protéine est localisée au somment de l’aiguille de sécrétion, à la surface des bactéries [4] (Figure 1), une localisation idéale pour l’action d’anticorps thérapeutiques. En effet, en s’y fixant, ils inhiberaient l’insertion fonctionnelle du pore de translocation dans la membrane de la cellule hôte [5].

• À la conquête de cette cible vaccinale, ces chercheurs viennent d’étudier les mécanismes d’assemblage de PcrV en un complexe multimérique et son interaction avec l’aiguille de sécrétion [6]. Ils ont montré que ces protéines forment des complexes oligomériques nécessaires à l’insertion du pore de translocation dans les membranes. De plus, en construisant des mutants de PcrV, ils ont pu déterminer quelle partie de cette protéine était impliquée dans l’oligomérisation et la toxicité bactérienne in vivo. Ils ont de plus montré par microscopie électronique à transmission que les oligomères de PcrV / LcrV sont annulaires (Figure 2), composés d’au moins quatre sous-unités dont la forme et la taille rappellent le pore de translocation. Ceci suggère qu’une structure permettant la traversée en continue de la membrane eucaryote est bâtie au sommet de l’aiguillon de sécrétion.


Figure 2 : Oligomère de PcrV, cible vaccinale potentielle contre les infections.

Le décryptage du mécanisme de fonctionnement de la protéine PcrV/LcrV, ainsi que les premiers aperçus de sa structure tri dimensionnelle au sommet de l’injectisome ouvrent de nouvelles perspectives au développement d’immuno-thérapies.

Alors que les antibiotiques actuels s’attaquent à la viabilité même des bactéries, des molécules telles que les anticorps thérapeutiques sont produits pour nuire à leur capacité d’infection et ne devraient pas conduire à l’acquisition de résistance. L’étude moléculaire des facteurs de virulence permet de désigner des pistes pour le développement d’anticorps protecteurs et inhibiteurs des infections.
Ces projets sont financés en partie par l’association « Vaincre la Mucoviscidose », le programme de la Direction des Sciences du Vivant du CEA « Signalisation et protéines membranaires », la Région-Rhône Alpes (Cluster 10) et la Délégation Générale pour l’Armement.

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