Contrôle transcriptionnel de la résistance aux antibiotiques: des mécanismes fondamentaux aux molécules antibactériennes – TRANSBIOTIC

Conception et synthèse organique des analogues Fdx. Analyse biochimique et génétique du mécanisme moléculaire de Fdx,

1. Impact des facteurs σ sur l’efficacité de la Fdx vis-à-vis de l’ARN

polymérase (l’ARNP).

Des études antérieures ont montré que la région 3.2 du facteur σ principal (σR3.2) et l’activateur RbpA modulent l’efficacité de la Fdx par des mécanismes mal compris. À l’aide d’essais de transcription in vitro basés sur des DNA scaffolds, nous montrons que les facteurs σ principaux dépendants de RbpA chez M. tuberculosis augmentent l’activité de la Fdx, tandis que les facteurs σ ECF confèrent une résistance. RbpA n’a qu’un effet marginal (Duverger et al., dx.doi.org/10.2139/ssrn.7158299; Duverger O., thesis manuscript “Rôle des activateurs transcriptionnels bactériens dans la résistance aux antibiotiques” theses.fr/s351033)

2. Dynamique conformationnelle de l’ARNP.

Nous avons résolu la structure de l’ARNP contenant σB par cryo-EM. La structure révèle une dynamique conformationnelle inédite induite parpar le chargement de σB (Vishwakarma et al., DOI: 10.1093/nar/gkaf272). Cette structure a servi de base aux analyses in silico des interactions

Fdx-ARNP.

3. Analyse in silico des interactions Fdx-ARNP.

Des simulations de docking et de dynamique moléculaire montrent que les facteurs σ ECF empêchent la liaison de la Fdx en modifiant la configuration du canal ARN de l’ARNP. Ces résultats identifient σ

comme un modulateur clé de l’activité de la Fdx et fournissent un cadre pour la conception d’analogues spécifiques de pathogènes (Duverger et al., dx.doi.org/10.2139/ssrn.7158299).

4. Résistance des protéobactéries à la Fdx.

L’ARNP d’E. coli (σ⁷⁰) est naturellement résistante à la Fdx. Nous avons déterminé les structures cryo-EM de l’ARNP «sauvage» et d’un mutant Fdx-sensible en complexe avec la Fdx. Les structures révèlent la base moléculaire de cette résistance et orientent l’optimisation d’analogues (Morichaud, Brodolin et al., en préparation).

5. Modifications de la Fdx et activité.

Nous avons montré que l’interaction directe entre le groupement isobutyrate de la Fdx et les facteurs σ principaux (σA et σB) de M. tuberculosis n’affecte pas la liaison du Fdx (Duverger et al., dx.doi.org/10.2139/ssrn.7158299). En collaboration avec un groupe de Prof. Gademann à Zurich, nous avons démontré que le groupement rhamnose-orsélinyle peut être remplacé sans perte d’activité sur l’ARNP, ouvrant la voie à de nombreux analogues à biodisponibilité améliorée (Jung et al., DOI: 10.1002/anie.202419095 ).

Ce travail ouvre des perspectives innovantes pour le développement d’antibiotiques ciblant sélectivement des facteurs σ spécifiques, permettant d’envisager des approches thérapeutiques à haute spécificité vis-à-vis de pathogènes donnés. L’exploitation de la diversité structurale des facteurs σ, combinée à des approches de modélisation par homologie, permettra d’étendre ces stratégies à un large éventail de bactéries cliniquement pertinentes.

À plus long terme, l’intégration des données structurales, fonctionnelles et transcriptomiques générées dans ce projet devrait faciliter la conception d’analogues de la Fdx présentant une meilleure biodisponibilité et une efficacité accrue contre les souches résistantes. Par ailleurs, une meilleure compréhension du lien entre régulation transcriptionnelle et tolérance aux antibiotiques pourrait ouvrir de nouvelles pistes pour cibler les infections chroniques et latentes.

Les outils méthodologiques développés (modélisation in silico, criblage d’inhibiteurs par test de transcription fluorescente) constituent également des ressources transférables pour l’étude d’autres bactéries et d’antibiotiques ciblant la transcription.

La résistance aux antibiotiques devient un problème mondial de santé publique majeur. La tuberculose tue 1,5 millions de personnes par an, et le nombre de cas de multirésistance augmente. Les infections nosocomiales font 25 000 morts par an en Europe. Le développement de nouveaux traitements nécessite une compréhension profonde des mécanismes moléculaires de la résistance. L’ARN polymérase bactérienne est une enzyme essentielle pour l’expression des gènes et c’est une cible thérapeutique. Notre projet vise à comprendre le mécanisme moléculaire par lesquels l’ARN polymérase influe sur l’activité de la antibiotique fidaxomicine, et concevoir de nouvelles molécules antibactériennes analogues.