Découverte de nouvelles protéines cibles potentielles pour de nouveaux antibiotiques

Les bactéries sont des organismes petits mais résistants, en partie parce que leurs cellules sont entourées d’un squelette de paroi cellulaire protecteur. Le professeur Felipe Cava et son équipe de l’Université d’Umeå en Suède et des collaborateurs de la Harvard Medical School aux États-Unis ont découvert des protéines longtemps recherchées nécessaires au maintien de la structure de la paroi cellulaire bactérienne. Ces protéines représentent une vulnérabilité très prometteuse pour de nombreuses bactéries qui peuvent être exploitées par de futurs composés antimicrobiens. Les conclusions sont publiées dans La nature.

La paroi cellulaire, comme la peau des animaux, est essentielle pour que les bactéries restent en vie. Bon nombre de nos meilleurs antibiotiques ciblent donc les protéines qui construisent et remodèlent cette structure. Comme la paroi cellulaire est située à l’extérieur de la membrane cellulaire qui entoure la cellule, son blocs de construction doivent être transportés à travers cette membrane d’où ils sont fabriqués, le cytoplasme.

Pour effectuer ce transfert, les bactéries utilisent un transporteur lipidique spécialisé appelé phosphate d’undécaprényle. Une fois ces blocs de construction livrés et assemblés, le transporteur lipidique doit retourner dans le cytoplasme pour transporter de nouvelles unités ; cependant, l’identité des protéines recyclant ces lipides restait insaisissable jusqu’à présent.

En utilisant les organismes modèles pathogènes Vibrio cholerae et Staphylococcus aureus, l’équipe de recherche a découvert que deux familles de protéines mal caractérisées (DUF368 et DedA), qui sont largement conservées dans les trois règnes de la vie, sont responsables du recyclage des transporteurs lipidiques, l’undecaprenyl lipides phosphatés.

Fait intéressant, certaines de ces protéines ne sont nécessaires que dans des conditions spécifiques, ce qui suggère que l’utilisation du transporteur est dynamique et régulée par divers signaux environnementaux. Il est important de noter que le recyclage des transporteurs lipidiques est vital pour la pathogenèse de V. cholerae, ce qui suggère que le ciblage sélectif de ces transporteurs pourrait être une approche viable pour le développement de nouveaux antimicrobiens.

“Les bactéries subissent normalement un large éventail de changements environnementaux à la fois dans des conditions de vie libre et pendant l’infection. La sélection de protéines de transport spécifiques de l’undécaprénylphosphate pour maintenir la stabilité de la paroi cellulaire dans chaque environnement pourrait être un mécanisme d’adaptation inexploré chez les bactéries”, explique le Dr Emilio Bueno. , chercheur postdoctoral au département de biologie moléculaire de l’université d’Umeå.

Motivée par un criblage in vivo des déterminants de la colonisation intestinale de V. cholerae, l’équipe a identifié une protéine membranaire à passages multiples qui contient le domaine largement conservé de fonction inconnue, DUF368. V. cholerae et S. aureus, lorsqu’ils manquaient de leurs protéines respectives contenant DUF368, se développaient mal et présentaient des défauts morphologiques qui impliquaient fortement ces protéines. protéines membranaires dans la biogenèse de la paroi cellulaire, et en particulier dans le transport des lipides d’undecaprenyl phosphate.

“Comme nos données phénotypiques suggéraient que les mutants étaient défectueux dans la réinternalisation du phosphate d’undécaprényle, nous avons utilisé une méthode qui nous a permis de quantifier des espèces porteuses de lipides distinctes dans des extraits membranaires”, explique le Dr Emilio Bueno.

Remarquablement, bien que le recyclage des transporteurs lipidiques soit considéré comme une fonction essentielle, les mutants DUF368 étaient principalement affectés à pH alcalin, suggérant ainsi l’existence d’autres transporteurs pour les pH neutres et acides. Un écran pour les interactions létales synthétiques a identifié une famille DedA protéine comme translocase supplémentaire du phosphate d’undécaprényle.

La conditionnalité des translocases distinctes pourrait soutenir lipide flux porteur dans des niches microbiennes alternatives, par exemple, à l’intérieur et à l’extérieur de l’hôte. Ensemble, ces découvertes comblent une lacune majeure dans la voie de recyclage du phosphate d’undécaprényle dans les bactéries et établissent les contextes qui régissent l’activité de cette fonction critique.

Le recyclage de l’undécaprénylphosphate est une étape clé dans la biosynthèse non seulement du peptidoglycane, le principal composant structurel du paroi cellulairemais aussi d’autres glycopolymères de surface cellulaire, y compris les acides teichoïques de paroi, certaines modifications de lipopolysaccharides et des capsules.

« Par conséquent, compte tenu de son rôle étendu et critique dans le maintien de la surface cellulaire, cette étape est une cible idéale pour les thérapies antimicrobiennes. De plus, bien que les protéines DUF368 soient limitées aux bactéries et aux archées, les membres de la famille DedA sont largement présents chez les eucaryotes, y compris les humains. Ainsi, nos découvertes peuvent avoir un impact sur la compréhension du polyprényl phosphate translocation à travers les règnes de la vie », déclare Felipe Cava, professeur au département de biologie moléculaire de l’université d’Umeå.