Manipulation du trafic membranaire par des pathogènes bactériens – Bacterial-Tactics

Protéines recombinantes
Cristallographie
SAXS
Liposomes
Spectroscopies de fluorescence
Lipid cubic phases

Nous étudions des protéines de Legionella pneumophila et de Coxiella burnetti dont nous avons déterminé les propriétés structurales, les interactions avec des petites GTPases et avec des membranes, et nous développons une méthode pour la cristallographie des protéines périphériques des membranes

Nous avons découvert des propriétés inattendues des toxines expliquées par leur organisation structurale

Plusieurs manuscrits décrivant ces résultats sont en cours d'écriture

Les pathogènes bactériens intracellulaires infectent leurs hôtes et échappent à la destruction en injectant de nombreuses protéines, appelées collectivement effecteurs, qui détournent des mécanismes cellulaires à leur profit. Le trafic membranaire fait partie des cibles privilégiées de ces effecteurs, ce qui permet aux pathogènes d’échapper à la dégradation lysosomale en s’évadant des phagosomes ou en les convertissant en compartiments spécialisés où ils peuvent se multiplier. Comprendre les tactiques moléculaires utilisées par ces pathogènes pour pirater le trafic membranaire est de ce fait un enjeu important, susceptible d’inspirer de nouvelles approches thérapeutiques pour combattre les infections. Ce projet étudiera les mécanismes d’effecteurs qui manipulent le trafic membranaire chez Legionella et chez deux pathogènes phylogénétiquement apparentés, Coxiella et Rickettsia, par une approche interdisciplinaire combinant la reconstitution des effecteurs et de leurs cibles cellulaires dans des membranes artificielles, leur étude structurale en cristallisation classique et en phases lipidiques “in meso”, et la microbiologie cellulaire.

Legionella pneumophila (Lp) est responsable de la maladie du Légionnaire, une pneumonie grave transmise par des systèmes de climatisation mal entretenus. Cette bactérie infecte les macrophages pulmonaires, où elle échappe à la destruction en se camouflant dans une vacuole dérivée du phagosome par l’incorporation de membranes du réticulum endoplasmique. Pour créer cette vacuole et y persister, Lp délivre plus de 280 effecteurs dans la cellule, dont certains ciblent le trafic membranaire de l’hôte. Une caractéristique remarquable de Lp est sa capacité à pirater des GTPases Arf et Rab, qui sont des organisateurs en chef du trafic membranaire chez leur hôte. Les mécanismes d’effecteurs de Lp qui modulent la localisation membranaire et l’activité de ces GTPases au moyen de modifications post-traductionnelles seront étudiés dans ce projet.

Coxiella burnetti (Cb)est un organisme extrêmement résistant qui cause la fièvre Q, une maladie transmise aux humains par des aérosols provenant de sols contaminés ou du bétail. Cb détourne également le trafic cellulaire pour établir une organelle spécialisée, mais avec une stratégie très différente de celle de Lp. La vacuole de Cb dérive de la fusion du phagosome avec des vésicules lysosomales, établissant un environnement acide favorable à la réplication du pathogène. Un des aspects les plus frappants de la vacuole mature est sa capacité considérable à fusionner avec d’autres vacuoles pour établir une vacuole spacieuse qui contient toutes les bactéries intracellulaires. La structure et la fonction d’un nouvel effecteur de Cb qui manipule le processus d’autophagie pour favoriser les propriétés fusogéniques de la vacuole seront étudiés dans ce projet.

Une fonction majeure des effecteurs bactériens qui manipulent le trafic membranaire est leur capacité à relocaliser les GTPases de l’hôte à des membranes illégitimes, et/ou à exclure ces GTPases de certaines membranes cellulaires. Les mécanismes sous-jacents dépendent de la reconnaissance de membranes spécifiques par ces effecteurs, qui leur permet d’acquérir leur conformation active. Visualiser dans le cristal ces interactions protéine-lipide et les changements de conformations régulateurs qui leur sont associés est extrêmement difficile. Nous explorerons une approche de cristallisation en phases cubiques lipidiques pour imiter l’interface membranaire dans les cristaux, qui sera appliquée à l’étude d’un effecteur de Lp et de Rickettsia prowazekii (la bactérie responsable du typhus épidémique) dont l’activité dépend strictement des membranes.

Ces travaux aboutiront à une compréhension intégrée à haute résolution de mécanismes moléculaires d’effecteurs bactériens qui manipulent le trafic membranaire, ainsi qu’à de nouvelles méthodes pour la biologie structurale pour étudier leurs interactions avec les membranes.