Déchiffrer la plasticité métabolique des Actinobactéries – METACTINO

Les actinobactéries représentent un phylum bactérien parmi les plus riches et anciens, qui inclut de pathogènes humains considérables comme Mycobacterium tuberculosis, des sources inestimables d’antibiotiques comme les Streptomycètes, et des ‘usines’ cellulaires majeures comme Corynebacterium glutamicum. Par conséquent, il y a des intérêts et des besoins croissants d’améliorer notre connaissance de la physiologie moléculaire des actinobactéries, à des fins thérapeutiques et biotechnologiques, à cause du fait que nos connaissances actuelles viennent pour la plupart d’espèces non actinobactériennes, comme Escherichia coli ou Bacillus subtilis. Grace à des études récentes, il a été découvert des caractéristiques uniques dans la façon par laquelle, chez les Actinobactéries, des enzymes clefs du métabolisme sont organisés structurellement et régulés. Dans le projet METACTINO, nous utilisons une approche intégrative qui combine microbiologie moléculaire, biochimie des protéines et biologie structurale afin d’obtenir une compréhension détaillée des mécanismes moléculaires et des voies de signalisation qui contrôlent le flux de carbone aux nœuds du pyruvate et du 2-oxoglutarate chez les Actinobactéries, tout en utilisant C. glutamicum comme organisme modèle. Nos études précédentes ont révélé que le complexe de la pyruvate déshydrogénase (PDH) et de la 2-oxoglutarate déshydrogénase (ODH) forment un ‘supercomplexe’ unique avec des différences majeures par rapport aux PDH et ODH connues. En outre, l’activité ODH a été identifiée comme inhibée par une protéine à domaine FHA, nommée OdhI chez Corynebacterium et GarA chez Mycobacterium, l’effet étant de rediriger le flux de 2-oxoglutarate vers le L-glutamate et l’assimilation de l’azote. La phosphorylation de OdhI/GarA par des Ser/Thr kinases, tout particulièrement PknG, empêche l’inhibition d’ODH, mais les signaux qui conduisent à cette phosphorylation restent peu connus. Dans son premier volet, l’objectif de METACTINO est donc de déchiffrer la cascade de transduction du signal qui contrôle l’activité de PknG, et par conséquent l’état de phosphorylation de OdhI. Dans le deuxième volet qui cible de nœud du pyruvate, notre but est d’identifier les effecteurs allostériques qui contrôlent l’activité PDH et étudier leur éventuel effet croisé sur l’activité ODH, ainsi que, inversement, analyser tout effet des effecteurs allostériques de ODH sur PDH. En plus, nous étudierons la fonction physiologique et la régulation de la pyruvate:menaquinone oxidoreductase (PQO), un enzyme énigmatique permettant une voie alternative d’oxydation du pyruvate. Enfin, le troisième volet de ce projet a pour but l’analyse, par biologie structurale intégrative, du supercomplexe PDH-ODH, de manière à dévoiler les bases mécanistiques de la régulation, allostérique et par phosphorylation, de l’oxydation du pyruvate et du 2-oxoglutarate effectuée par un seul complexe. L’analyse structurale de PQO fait aussi partie de nos objectifs.
Les résultats obtenus par METACTINO nous fourniront des nouvelles cibles pour l’amélioration rationnelle de la production de métabolites en utilisant Corynebacterium ou les Streptomycètes comme outils de production. En même temps, ils nous ouvriront le chemin vers des nouvelles approches thérapeutiques contre M. tuberculosis, dont la plasticité métabolique est l’une des capacités clefs au maintien de l’infection chez l’homme.