Études biochimiques et structurales des interactions entre la protéine MreB, homologue bactérien de l'actine, et les enzymes Murs impliquées dans le mécanisme de formation de la paroi des bactéries

Biochemical and structural studies of the interactions between the bacterial actin homolog MreB and the Mur enzymes which are involved in the synthesis of the bacterial cell wall

• Auteur / Autrice : Sandy Favini-Stabile
• Direction : Andréa Dessen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie structurale et nanobiologie
• Date : Soutenance le 18/09/2013
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie structurale (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Pierre Simorre
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : David Roper, Paulette Charlier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résistance aux médicaments

Protéine MreB

Antibiotiques

Peptidoglycanes

Paroi bactérienne

Mots clés libres

Paroi bactérienne

Peptidoglycane

Antibiotiques

Mur

Mreb

Résistance

Bacterial cell wal

Resistance

Antibiotics

Mur

Mreb

Peptidoglycan

Résumé

Les résistances aux antibiotiques sont de plus en plus fréquentes et la thérapie des patients infectés par des souches multi-résistantes devient très complexe et délicate, voire dans certains cas inefficace. Il devient donc urgent de trouver des antibiotiques innovants et ainsi repousser la menace renaissante d'épidémie bactérienne.Pour ce faire, la biosynthèse du peptidoglycane – l'un des composants majeurs de la paroi des bactéries, est une cible qui a amplement fait ses preuves dans la lutte contre les infections bactériennes et reste d'intérêt thérapeutique. Des études récentes ont en effet suggéré que ce processus impliquerait des complexes macromoléculaires dont l'intégrité pourrait être perturbée par de nouveaux antibiotiques. En particulier, il a été suggéré que les ligases Mur – qui participent à la synthèse de l'unité monomérique du peptidoglycane dans le cytoplasme, feraient partie d'un complexe multipartite impliquant probablement la transglycosylase MurG et la protéine du cytosquelette MreB. En outre, ces enzymes ne sont à l'heure actuelle la cible d'aucun antibiotique médical, malgré leur intérêt thérapeutique largement reconnu.Les travaux réalisés lors de cette thèse ont permis de montrer par résonance plasmonique de surface et par dot blot, que les ligases MurD, MurE, MurF interagissent toutes avec MurG et MreB, ces dernières formant elles-mêmes un complexe. En revanche, aucune interaction n'a été détectée entre les ligases. Un criblage de conditions de cristallogenèse a été effectué afin de déterminer l'empreinte cristallogénique et cristallographique des protéines seules ainsi que des complexes potentiels dans le but de déterminer la structure cristallographique de l'un des complexes étudiés. Grâce à ce criblage, la structure par diffraction aux rayons X des trois ligases a pu être résolue, suggérant que leur flexibilité conformationnelle pourrait être importante dans les interactions protéiques, et l'analyse cristallographique de jeux de diffraction pouvant correspondre aux complexes MreB-MurE et MreB-MurF est en cours.Ces résultats marquent les premiers pas dans la caractérisation de la machinerie cytoplasmique de la biosynthèse du peptidoglycane, ouvrant la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques.

Resistance to antibiotics is increasingly frequent and therapy for patients infected by multi-resistant strains is more and more complicated and delicate, nay sometimes inefficient. Therefore, there is an urgent need for novel antibiotics to stave off the resurgent threat of bacterial epidemics.The relatively well-known mechanism of bacterial cell wall formation remains a pathway of prime interest in the search for therapeutic targets. Strikingly, recent studies have suggested that the biosynthesis of its main component, peptidoglycan, would involve macromolecular protein-protein complexes. Particularly, Mur ligases were suggested to form a multipartite complex which would recruit transglycosidase MurG and bacterial actin homolog MreB as well. Interestingly, these enzymes are targetted by none of the antibiotics in clinical use.The work carried out during this PhD showed by surface plasmon resonance and dot blot techniques that MurD, MurE, and MurF all recognize MurG and MreB, but not each other, whilst the two latter proteins interact. A crystallogenesis screening allowed to determine the crystallogenic fingerprints of single proteins and potential complexes, aiming for the crystal structure of one of the Mur complexes. Thanks to this screening, the structures of MurD, MurE, MurF were solved, suggesting that the conformational flexibility of their C-terminal domain might be involved in complex formation and stability. In addition, two data sets which could correspond to MreB-MurE and MreB-MurF complexes are still beeing processed.These results mark a further step in the characterization of the cytoplasmic peptidoglycan machinery, opening up towards novel therapeutic targets which would impair the integrity of the macromolecular complex.