Mécanisme de recyclage du porteur lipidique à l'oeuvre pendant la biogénèse du peptidoglycane – BacWall

Le peptidoglycane est un composant essentiel et spécifique de la paroi des bactéries. Constitué de longues chaînes glycanes pontées par de courts motifs peptidiques, ce polymère semi-rigide entoure la membrane cytoplasmique, conférant ainsi à la cellule une résistance vis-à-vis de la pression osmotique interne et déterminant la forme caractéristique de chaque espèce bactérienne. Le peptidoglycane constitue un véritable talon d’Achille pour les bactéries comme l’atteste l’existence d’un très grand nombre d’agents antibactériens qui le dégradent ou interfèrent avec sa biosynthèse. La majorité des enzymes de biosynthèse du peptidoglycane sont regroupées au sein de complexes multiprotéiques permettant de coordonner et de réguler leurs activités à la fois spatialement et temporellement. Ces complexes, appelés élongasome et divisome, présentent ainsi une organisation et une dynamique très précise au cours du cycle cellulaire. Leur formation et leur progression sont principalement contrôlées de l’intérieur de la cellule par des protéines filamenteuses formant un cytosquelette bactérien. Les éléments constitutifs du peptidoglycane sont synthétisés dans le cytoplasme, puis greffés sur l’undécaprényl-phosphate, un lipide spécifique qui permet la translocation de la sous-unité disaccharide-peptide à travers la membrane avec l’aide d’une flippase. La polymérisation du peptidoglycane est alors assurée par différentes enzymes catalysant les activités transglycosylases et transpeptidases qui libèrent le lipide porteur sous la forme undecaprényl-pyrophosphate du côté externe de la membrane. Le recyclage de l’undécaprényl-phosphate est essentiel à la biosynthèse du peptidoglycane du fait de son faible nombre de copies par cellule et de son utilisation pour la synthèse d’autres polymères de paroi. Il est recyclé par l’action de phosphatases de type BacA ou PAP2, qui agissent immédiatement après l’action des polymérases du peptidoglycane et dont la pluralité dans une même bactérie pose la question de leurs rôles respectifs. Le lipide est ensuite transloqué du côté interne de la membrane par un mécanisme inconnu afin d’entrer dans un nouveau cycle de biosynthèse. Le recyclage du lipide porteur représente un point critique dans le contrôle de la biogenèse de la paroi bactérienne qui n’a été que partiellement élucidé. En particulier, le lien entre les enzymes de recyclage du lipide et les machineries élongasome et divisome de biosynthèse du peptidoglycane n’est pas encore établi. Le projet BacWall vise à comprendre dans sa globalité le recyclage de l’undécaprényl-phosphate chez la bactérie modèle Escherichia coli. Ainsi, le rôle des protéines BacA et PAP2 dans la formation de l’enveloppe sera précisé par des approches complémentaires et multidisciplinaires (génétiques, biophysiques, biochimiques et microscopiques). Nous étudierons leur potentielle activité flippase, analyserons leur localisation et leur dynamique au cours du cycle cellulaire et identifierons leurs partenaires protéiques. De par son rôle essentiel, cette voie métabolique ouvre la voie vers de nouvelles stratégies antibactériennes. Par conséquent, le recyclage de l’undécaprényl-phosphate sera également étudié chez le pathogène multi-résistant Enterococcus faecalis. Nous mesurerons l’impact d’une atteinte de ce métabolisme, par des agents antibactériens ou par l’inactivation de gènes, sur le fitness et la virulence de ce pathogène en utilisant des modèles murins d’infection et de colonisation. Nous étudierons également le mécanisme d’action d’une bactériocine récemment identifiée qui cible la protéine BacA d’E. faecalis. Ce dernier point ouvrira la voie à l’exploitation de cette bactériocine comme agent antibactérien dirigé contre les entérocoques, ainsi qu’à des expériences d’ingénierie visant à étendre ou spécifier son spectre d’action vis-à-vis d'autres espèces pathogènes.