Étude fonctionnelle et structurale des transférases de la famille Fem de Staphylococcus aureus

Functional and structural study of Staphylococcus aureus Fem transferases

• Auteur / Autrice : Lauriane Rietmeyer
• Direction : Matthieu Fonvielle, Mélanie Ethève-Quelquejeu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie et biologie structurale
• Date : Soutenance le 02/12/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche des Cordeliers (Paris ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Biais
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hélène Barreteau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mohammed Terrak, Magali Frugier

Mots clés

Mots clés contrôlés

ARN de transfert

Peptidoglycanes

Transférases

Résistance aux antibiotiques

Mots clés libres

Résistances aux antibiotiques

Transférases Fem

Peptidoglycane

ARNt

Lipide II

Antibiotic resistances

Fem transferases

Peptidoglycan

TRNA

Lipid II

Résumé

La résistance aux antibiotiques constitue aujourd’hui l’une des plus graves menaces de santé publique à l’échelle mondiale et nécessite le développement urgent de nouveaux antibiotiques. La biosynthèse du peptidoglycane (PG), un composant majeur de la paroi bactérienne, est la cible des deux familles d’antibiotiques utilisées en thérapeutique humaine, les β-lactamines et les glycopeptides. Le PG est constitué de chaînes glycanes liées à des tiges peptidiques branchées entre elles par des ponts interpeptidiques. Chez de nombreuses bactéries à Gram positif, les chaînes latérales constituant ces ponts, sont synthétisées par les transférases de la famille Fem. Ces enzymes ont la particularité d’utiliser des ARNt aminoacylés comme substrats, qui sont des molécules également utilisées dans d’autres mécanismes biologiques importants, comme par exemple la synthèse des protéines via le ribosome. S. aureus possède trois transférases de la famille Fem (FmhB, FemA et FemB) qui catalysent le transfert séquentiel de cinq résidus glycyles des Gly-ARNtGly vers les précurseurs cytoplasmiques du peptidoglycane (lipide II). Ces enzymes, qui sont essentielles à la viabilité de la bactérie et qui n’ont pas d’équivalent chez les cellules eucaryotes, constituent des cibles thérapeutiques de choix pour le développement de nouvelles molécules antibactériennes actives sur des souches résistantes aux antibiotiques. De façon à comprendre le fonctionnement de ces enzymes, nous avons développé des méthodes de semi-synthèse d’ARNt aminoacylés, d’analogues de lipides II et de molécules bi-substrats. Ces outils, associés à des études structurales par rayons X et des tests enzymatiques in vitro nous ont permis de mieux comprendre les mécanismes catalytiques de ces enzymes, de comprendre le mode de reconnaissance des transférases Fem pour leurs substrats (ARNt et lipides) et enfin de synthétiser des inhibiteurs puissants de ces enzymes.

Antibiotic resistance is one of the most pressing global health issues and urgently requires the development of new antibiotics. The biosynthesis of peptidoglycan (PG), a major component of the bacterial wall, is targeted by two families of antibiotics used in humans, the β-lactams and the glycopeptides. PG is composed of glycan strands bearing peptide stems which are crosslinked by interpeptide bridges. In many Gram-positive bacteria, interpeptide bridges are synthesized by Fem transferases whose substrates comprise aminoacylated tRNAs which are broadly implicated in cellular metabolism e.g. protein synthesis. S. aureus produces three Fem transferases (FmhB, FemA and FemB) which catalyze the sequential transfer of five glycyl residues from Gly-tRNAGly to cytoplasmic precursors of peptidoglycan (lipid II). These enzymes are essential and specific to bacteria which makes them prime targets for the development of new antibiotics active against resistant strains. In order to explore the function of Fem transferases, we have developed methods for semi-synthesis of aminoacylated tRNAs, lipid II analogues and bi-substrate molecules. Using these molecular tools in X-ray crystallography and in vitro enzymatic assays, we were able to better understand the Fem catalytic mechanisms, to explore substrate recognition of Fem transferases (tRNAs and lipids) and finally, to synthesize a potent Fem inhibitor.