Étude structurale de la condensase des acides mycoliques Pks13 de Mycobacterium tuberculosis et de Mycobacterium abscessus

Structural study of the condenase of mycolic acids Pks13 from mycobacterium tuberculosis and from mycobacterium abscessus

• Auteur / Autrice : Fabien Bergeret
• Direction : Cécile Bon, Lionel Mourey
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mycobacterium abscessus

Mycobacterium tuberculosis

Tuberculose

Mots clés libres

Mycobacterium tuberculosis

Mycobacterium abscessus

Acides mycoliques

Polykétide synthase

Acyltransférase

Développement d'inhibiteurs

Résumé

La tuberculose est une infection bactérienne causée par Mycobacterium tuberculosis, qui constitue toujours la première cause de mortalité dans le monde due à un agent infectieux unique. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'enzyme Pks13, une polykétide synthase impliquée dans la biosynthèse de composants majeurs et essentiels de l'enveloppe mycobactérienne : les acides mycoliques. Pks13 est une enzyme essentielle impliquée dans l'assemblage final des acides mycoliques en réalisant la condensation de deux longues chaînes d'acides gras. Pks13 est une enzyme modulaire possédant 5 domaines catalytiques connectés par des régions interdomaines. Trois fragments couvrant la séquence entière de Pks13 de M. Tuberculosis ont été étudiés. La structure cristallographique d'un fragment de 52 kDa (AT52) contenant le domaine catalytique acyltransférase a été résolue. Puis, les structures d'AT52 en complexe avec deux analogues de substrat (palmitoyl-CoA et carboxypalmitoyl-CoA) ont été déterminées. Ces structures ont révélé la présence d'un tunnel hydrophobe expliquant la sélection de longues chaînes grasses et ont fourni d'importants détails structuraux pour disséquer le mécanisme catalytique d'acylation et la spécificité de l'enzyme. La structure cristallographique du domaine AT de Pks13 de M. Abscessus, un pathogène opportuniste impliqué dans des infections pulmonaires chez les patients atteints de mucoviscidose, a été également résolue. De plus, ce travail ouvre la voie à la conception rationnelle d'inhibiteurs de Pks13 dans le but de développer de nouveaux antibiotiques contre M. Tuberculosis et M. Abscessus.

Tuberculosis is a bacterial infection caused by Mycobacterium tuberculosis, which nowadays still constitutes the leading cause of death in the world due to a unique infectious agent. We have been particularly interested in the enzyme Pks13, a polyketide synthase involved in the biosynthesis of major and essential components that play a crucial role in the structure and function of the mycobacterial cell wall: the mycolic acids. Pks13 is an essential enzyme involved in the final assembly of mycolic acids by catalysing the condensation of two fatty acid chains. Pks13 is a modular enzyme with five catalytic domains connected by linker regions. Three fragments covering the entire sequence of Pks13 from M. Tuberculosis were studied. The crystal structure of a 52 kDa fragment (AT52) corresponding to the acyltransferase catalytic domain surrounded by two partial linker regions was solved. Then, the structures of AT52 in complex with two substrate analogs (palmitoyl-CoA and carboxypalmitoyl-CoA) were determined. These structured revealed the presence of a long hydrophobic channel that allows the selection of long fatty chains and provided important structural details for deciphering the catalytic mechanism of the acylation process. The crystal structure of the homologous AT domain from M. Abscessus, an opportunist pathogen involved in lung infections in patients with cystic fibrosis, was also resolved. Furthermore, this study paves the way for the rational design of inhibitors of this enzyme in order to develop new antibiotics against M. Tuberculosis and M. Abscessus.