Piratage de GTPases du trafic cellulaire humain par des régulateurs de pathogènes – PIRATARF

Notre consortium réunit l’expertise en biochimie, biologie structurale et biophysique des protéines pour comprendre comment la protéine de bactérie pathogène fonctionne à l’intérieur des cellules.

Ce projet a démarré il y a 18 mois. Grâce à une excellente complémentarité entre les 2 équipes partenaires, nous avons bien avancé et répondu à une partie importante des questions posées au début de ce projet. Nous écrivons actuellement un premier article qui décrit ces résultats, issu de cette collaboration fructueuse entre les deux partenaires du projet et une équipe américaine de microbiologistes spécialistes de la bactérie concernée.

Nos travaux débouchent sur de nouvelles perspectives qui concernent une protéine apparentée, sécrétée par un pathogène très différent considéré comme agent potentiel de bioterrorisme

Nous avons publié des articles de revue dans les domaines concernés, et deux articles sont en préparation sur les résultats obtenus. Ces résultats ont été présentés en partie (ceci pour des raisons de confidentialité) lors d'une dizaine de conférences internationales par les deux partenaires

De nombreuses bactéries pathogènes piratent les machineries régulatrices du cytosquelette d’actine et du trafic cellulaire pour échapper à la réponse immunitaire de l’hôte, ou pour faciliter leur réplication ou leur motilité. Les petites protéines G (GTPases) Rho, Arf et Rab, régulateurs essentiels de ces phénomènes, se sont ainsi avérées être les cibles de divers pathogènes humains tels que les salmonelles, les clostridies ou les légionelles. Pour cela, ces pathogènes transloquent dans la cellule hôte des protéines le plus souvent sans parenté avec les régulateurs cellulaires, mais capables d’imiter leur activité biochimique pour activer, inhiber ou moduler l’activité des GTPases en s’affranchissant des contrôles cellulaires.

Le projet PIRATARF a pour objectif de décrypter les mécanismes structuraux, biophysiques et dynamiques d’une famille de régulateurs du trafic cellulaire sécrétés dans les cellules hôtes par les bactéries intracellulaires Legionella pneumophila (maladie du légionnaire, une forme sévère de pneumonie) et Rickettsia prowazeckii (typhus épidémique). Ce dernier pathogène est actuellement considéré comme un agent potentiel de bioterrorisme. Cette famille a été découverte par C. Roy, microbiologiste à Yale (USA) qui collabore au projet pour les études in vivo.

Actuellement, peu de choses sont connues sur ce régulateur chez les légionnelles, et il n’a pas été étudié chez les rickettsies. Ces deux pathogènes ont des styles de vie intracellulaire très différents, ce qui indique que ces régulateurs partagent probablement des propriétés mécanistiques communes, mais pas fonctionnelles. En effet, si les rickettsies s’évadent du phagosome après leur internalisation, les légionnelles au contraire s’y camouflent. Pour cela, elles doivent déguiser l’identité du phagosome, de telle sorte que celui-ci échappe à la voie lysosomale pour former une “Legionella Containing Vacuole” ou LCV où la bactérie commencera à se répliquer. Il est actuellement admis que la “carte d’identité cellulaire” d’une organelle est largement dépendante de sa composition en lipides et des petites protéines G qu’elle présente à sa surface, en particulier les GTPases Arf et Rab. La famille de régulateurs bactériens que nous entreprenons d’étudier est à cet égard intrigante: elle possède en effet un domaine apparenté aux facteurs d’échange (GEFs) cellulaires qui stimulent l’échange GDP/GTP nécessaire à l’activation de la GTPase Arf. Le laboratoire de C. Roy a montré que lors de l’infection cellulaire par Legionella, ce régulateur est sécrété dans le cytosol de l’hôte, où il recrute la GTPase Arf à la surface de la vacuole de réplication (Science, 2002). Cet ensemble de données conduit à l’hypothèse que ce régulateur pourrait avoir pour fonction d’activer Arf de façon illégitime sur la membrane de la LCV. Une fonction d’Arf-GTP sur la LCV pourrait être de recruter des enzymes modifiant les lipides -une de ses fonctions cellulaire établie - participant ainsi au camouflage de la LCV.

Dans ce projet, les équipes Cherfils (LEBS, CNRS, Gif-sur-Yvette) et Antonny (IPMC, CNRS, Valbonne) combinent leur expertise en biochimie structurale des GTPases du trafic cellulaire et leurs régulateurs, et en reconstitution biomimétique des interactions GTPase/membranes pour décrypter les mécanismes fonctionnels de cette famille d’effecteurs bactériens. Le résultat attendu est la reconstitution d’un “film” intégrant la structure et la dynamique des interactions intramoléculaires, protéine-protéine et protéine-membrane qui régissent la prise de contrôle d’une machinerie centrale du trafic cellulaire par un pathogène humain.