Assemblage moléculaire du pilus chez S. pneumoniae. Exploitation biotechnologique d’une boîte à outils conçue par la nature – PILIPATH

Le pilus est formé par l’association de trois protéines, les pilines, dont l’association covalente est catalysée par des transpeptidases, les sortases. Nous proposons dans ce projet de caractériser au niveau moléculaire le mode d’association des pilines par les sortases, donc de détailer l’architecture du pilus et de définir les mécanismes enzymatiques des sortases. Ces travaux, visant à reconstruire le pilus, s’effectueront dans un système in-vitro et in-vivo.

Ces études s’appuient sur les travaux menés en collaboration par deux équipes de l’Institut de Biologie Structurale, Grenoble, partenaires dans ce projet. Nous avons déjà développé les outils requis pour effectuer les travaux proposés dans ce projet.

La connaissance détaillée du mode d’assemblage du pilus permettra de proposer des moyens d’inhiber la formation de cet important facteur de virulence et donc de développer de nouveaux moyens de lutte contre les infections à pneumocoque.

Les partenaires de ce projet ont déjà co-publiés 7 articles sur ce sujet.

Les infections bactériennes représentent encore de nos jours un problème important en santé humaine. Parmi les bactéries à Gram-positives, les Streptocoques et Enterocoques sont des agents pathogènes majeurs à l’origine d’infections communautaires et nosocomiales. Streptococcus pneumoniae cause la majorité des pneumonies, otites et sinusites et est à l’origine d’infections invasives de type meningites et sepsis. L’OMS estime le nombre de décès par suite d’infections à pneumocoque à environ 1,6 millions par an. Des limitations dans les moyens de lutte contre ces infections sont aujourd’hui bien documentées : d’une part, le vaccin conjugué PrevnarTM perd de son efficacité dû au remplacement des sérotypes vaccinaux par d’autres sérotypes, et d’autre part, la résistance développée contre la grande majorité des antibiotiques utilisés en clinique alourdit considérablement les traitements. Il devient donc urgent d’identifier et de caractériser des cibles thérapeutiques innovantes (non essentielles afin de limiter l’apparition des phénomènes de resistance aux drogues) et/ou de nouveaux candidats vaccins protéiques, notamment parmi les facteurs de virulence du pneumocoque exposés en surface de la bactérie. Le pilus, structure fibrillaire associée à la paroi cellulaire et impliqué dans la pathogénécité du pneumocoque est donc une cible de choix. Le pilus est formé par l’association de trois protéines, les pilines, dont l’association covalente est catalysée par des transpeptidases, les sortases.

Nous proposons dans ce projet de caractériser au niveau moléculaire le mode d’association des pilines, donc de détailer l’architecture du pilus et de définir les mécanismes enzymatiques des sortases. Ces travaux, visant à reconstruire le pilus, s’effectueront dans un système in-vitro et in-vivo. Ces études s’appuient sur les travaux menés en collaboration par deux équipes de l’IBS, partenaires dans ce projet. Nous avons établi : (1); un système in-vitro de synthèse par une sortase de la fibre du pilus à partir de protéines recombinantes purifiées, (2); une plate-forme de co-expression des pilines et des sortases chez E. coli qui a permis d’identifier et de caractériser des complexes covalents entre pilines catalysés par des sortases, (3); la structure à haute résolution par cristallographie de deux pilines (sur les trois) et des trois sortases impliquées dans la biogenèse du pilus. Nous avons ainsi démontré la spécificité de substrat de chacune des sortases. La caractérisation des pilines a permis d’identifier des ponts covalents internes à chaque piline, établis entre une Lysine et une Asparagine. Le rôle de ces ponts intervient dans la stabilisation des pilines. Ce nouveau type de modification post-traductionelle peut être comparé aux ponts disulfures. Cette découverte est exploitée dans un projet présentant des possibilités d’applications biotechnologiques et thérapeutiques, qualifié ici de “Bio Molecular Welding”. Nous avons en effet montré l’association covalente et spontanée entre deux domaines via la formation du pont isopeptidique Lys-Asn.