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Caractérisation structurale et fonctionnelle de 2 histidines kinases membranaires, GacS et RetS, controlant le développement du biofilm chez Pseudomonas aeruginosa, et criblage d'inhibiteurs

Dernière mise à jour 09.08.2019 à 12h57

Axe de recherche : Infection Délégation territoriale : Provence Alpes

Porteur du projet : Florence VINCENT
CNRS - Laboratoire Architecture et Fonction des Macromolécules Biologiques

Contexte : 
Pseudomonas aeruginosa (PA) est une bactérie pathogène responsable d’infections chroniques chez les patients atteints de la mucoviscidose. Elle colonise les poumons en formant des
biofilms bactériens qui posent de graves difficultés sur le plan biomédical puisqu'ils résistent généralement aux traitements antibiotiques de longue durée. Parmi les mécanismes moléculaires qui provoquent la formation du biofilm, deux protéines membranaires (GacS et RetS) clés agissent de façon combinée pour moduler le choix du mode d’infection de PA, qu’il soit chronique ou aigü. En décryptant les mécanismes moléculaires du mode d’action de ces deux protéines, nous pourrons contribuer à identifier des molécules capables d’agir sur ces cibles pour moduler le mode d’infection de PA, et par conséquent réduire le développement du biofilm facilitant ainsi l’action des traitements antibiotiques.

Objectifs :
Ce projet a pour but de réaliser l’étude structurale et fonctionnelle de deux protéines membranaires (GacS et RetS) impliquées dans le développement du biofilm chez PA et de cribler des inhibiteurs de l’activité enzymatique de GacS. GacS et RetS agissent de façon combinée en interagissant l’un avec l’autre pour moduler leur mode d’action afin d’influer sur le mode d’infection de PA, qu’il soit chronique ou aigü. Ce projet collaboratif multidisciplinaire, combinant la biologie moléculaire et structurale, et la biochimie, permettra d'élucider à l’échelle moléculaire le fonctionnement de ces deux partenaires protéiques majeurs, responsables de la formation du biofilm. Il fournira les déterminants moléculaires clés à la surface de ces deux protéines qui nous guideront pour le choix des inhibiteurs que nous caractériserons. L’ensemble de ces résultats ouvrira la voie pour le développement de nouvelles molécules thérapeutiques visant à enrayer le développement du biofilm chez PA.

Perspectives :
Le développement du biofilm chez PA est un facteur important pour son maintien au niveau des voies respiratoires des patients CF. La formation du biofilm est notamment contrôlée
par un réseau de régulation complexe impliquant l’action combinée des deux senseurs histidines kinases, GacS et RetS, dont les modes d’action sont principalement gouvernés par leur capacité à établir des interactions inter-moléculaires. L’action de GacS est observée dans les stades précoces du développement du biofilm et représente une cible thérapeutique importante. En décryptant les bases moléculaires de ces interactions cela nous permettra de dévoiler les points clés du fonctionnement de GacS qui pourront être ciblés par des molécules inhibitrices de son activité. Ces travaux fourniront des outils moléculaires innovants afin de favoriser le développement de nouvelles molécules thérapeutiques visant à enrayer la formation du biofilm et à contrôler le mode d’infection de PA chez les malades CF.

Résultats obtenus : 
Grâce aux financements précédemment obtenus, nous avons résolu la structure cristalline du domaine détecteur périplasmique de RetS (Vincent  2010) et identifié deux sites potentiels pour la fixation du signal moléculaire. Ces données nous ont permis de proposer un modèle pour le rôle du senseur RetS dans le développement de l’infection aigüe, lorsqu’il interagit avec GacS. Nous avons également résolu la structure du domaine détecteur correspondant de GacS (Ali Ahmad 2017). Ce domaine n’appartient pas à la même famille structurale que RetS mais joue un rôle central dans la virulence de PA. Par des approches de biologie moléculaire combinées à des études structurales et fonctionnelles nous avons pu montrer que ce domaine est essentiel pour la voie de signalisation du senseur GacS et localiser un site potentiel de reconnaissance d’un ligand à sa surface. Nous avons également montré une interaction directe entre les domaines détecteurs de GacS et RetS qui n’a, à ce jour, pas été mis en évidence dans d’autres HKs. L’ensemble des résultats acquis sur ces deux senseurs constitue des bases solides pour la faisabilité de ce projet collaboratif multidisciplinaire.