Comprendre les mécanismes senseurs d'hème des pathogènes pour de nouvelles stratégies antibiotiques – HemeDetox

L’hème, le cofacteur de l’hémoglobine, est une molécule essentielle mais toxique pour tous les organismes. Alors que de nombreux pathogènes à Gram positif sont confrontés à la toxicité de l’hème du sang lors du processus infectieux, ceux-ci répondent par l’expression d’un transporteur d’efflux de l’hème, HrtBA. Cette pompe membranaire leur permet de réguler l’accumulation d’hème intracellulaire et donc de limiter sa toxicité. L’expression de HrtBA est induite par l’hème exogène via l’activation d’un système à deux composants (TCS, two-component system) appelé HssRS (Heme sensing system). HssRS est constitué d’un senseur membranaire, HssS et d’un régulateur transcriptionnel de hrtBA, HssR. L’action conjuguée de ces deux protéines permet la détection de l’hème exogène et l’activation de la réponse transcriptionnelle qui aboutit à la biosynthèse de HrtBA. Des pathogènes à Gram positif qui ne peuvent expulser l’excès d’hème (DhrtBA) ont une virulence atténuée car leur capacité à s’adapter au stress hème dans l’environnement de leur hôte est limitée. L’hypothèse de travail du projet « HemeDetox » propose donc de considérer que l’inhibition du mécanisme de détection de l’hème par HssS permettrait de bloquer l’expression de HrtBA limitant ainsi la virulence de pathogènes cibles.
Deux pathogènes à Gram positif majeurs, Staphylococcus aureus et Streptococcus agalactiae (aussi appelé GBS pour Group B Streptococcus) utilisent le transporteur d’efflux HrtBA pour assurer l’homéostasie de l’hème. L’expression de HrtBA est régulée par HssSSA chez S. aureus et HssSGBS chez GBS, les deux protéines partageant 30% d’identité. De manière surprenante, nos résultats expérimentaux établissent qu’au contraire de la plupart des senseurs de TCS qui détectent des changements dans l’environnement des bactéries, HssSSA et HssSGBS sont activés, non pas par l’hème extracellulaire mais par le pool d’hème internalisé. De plus, nos résultats in silico et expérimentaux suggèrent que HssSSA détecte l’hème intracytoplasmique tandis que HssSGBS serait sensible à l’hème accumulé dans la membrane.
Dans ce contexte, le projet « HemeDetox » a deux objectifs : i) élucider les mécanismes de l’activation de HssS chez S. aureus et chez GBS ; ii) cribler une banque de molécules pour identifier des antagonistes de l’activation de HssS chez S. aureus.
Pertinence scientifique et impact du projet « HemeDetox » :.
Mécanisme- Les approches expérimentales envisagées permettront de révéler les mécanismes moléculaires qui permettent la détection (liaison directe ou indirecte à l’hème) et la transduction du signal hème par HssS.
Concept- Les découvertes issues de ce projet permettront d’établir un nouveau paradigme original de l’adaptation bactérienne en démontrant que le transporteur d’efflux HrtBA, très conservé parmi les bactéries à Gram positif, est régulé par des mécanismes moléculaires distincts selon les pathogènes. Nos résultats pourraient donc ajouter un nouveau niveau de compléxicité des mécanismes adaptatifs des pathogènes.
Application- En raison des problèmes de santé publique posés par S. aureus et la démonstration de l’importance de l’homéostasie de l’hème dans la virulence, une inhibition spécifique de la reconnaissance de l’hème par HssSSA pourrait constituer une stratégie antibiotique efficace. Nous proposons une approche originale de criblage haut-débit d’une banque de molécules inhibitrices ciblant spécifiquement la liaison de l’hème à HssSSA.