Role du di-GMP-c dans la cinétique de translocation des effecteurs des Legionelles – ROCKET

L’injection par des systèmes de sécrétion (SS) d’effecteurs protéiques dans la cellule hôte joue un rôle central dans la virulence des bactéries pathogènes. Malgré les progrès importants dans l’étude structure-fonction de différents SS (e.g. T3SS, T4SS, T6SS, etc.), les signaux qui activent le transfert d’effecteurs restent peu connus, de surcroît lorsqu’il s’agit de la sécrétion de plusieurs, voire de très nombreux effecteurs. Récemment, nous avons mis en évidence que la cinétique de sécrétion des 300 effecteurs du SST4 Icm/Dot de L. pneumophila était finement contrôlée par le second messager bactérien di-GMPc; en effet, une enzyme synthétisant le di-GMPc - la diguanylate cyclase (DGC) Lpl0780 / Lpp0809 - contribue de manière significative au déclenchement précis de la sécrétion des effecteurs par la machinerie de sécrétion (Allombert, Jaboulay et al. J. Mol. Biol., 2021). Dans ce projet, nous allons joindre nos expertises complémentaires en microbiologie, biologie cellulaire et structurale pour caractériser les bases structurales et fonctionnelles de ce contrôle.

Sur la base des données originales que nous avons récemment obtenues, nous proposons que (i) la DGC Lpl0780/Lpl0809 contrôle la concentration locale de di-GMPc au pôle de la bactérie, (ii) le di-GMPc synthétisé cible la machinerie de sécrétion située à proximité via sa diffusion locale ou sa fixation sur une protéine relai du signal (iii) les interactions entre le « coupling complex », les chaperones et/ou d’autres partenaires à identifier seraient modifiées afin de finement orchestrer la prise en charge des ~ 300 effecteurs par le SST4 Icm/Dot, et ce en corrélation avec le rôle de chacun de ces effecteurs au cours de l’infection. Nous proposons d'étudier cette hypothèse à travers la réalisation de 4 tâches, qui visent à: (1) Décrypter les bases moléculaires de la délivrance du di-GMPc par la DGC au pôle de la bactérie; (2) Caractériser l'impact d'une concentration augmentée de di-GMPc à proximité du SST4 Icm/Dot; (3) Établir les bases structurales du contrôle de la machinerie de sécrétion Icm/Dot par le di-GMPc; (4) Valider les mécanismes proposés par l’étude structurale et étudier l’impact du contrôle du SST4 par le di-GMPc sur la virulence de Legionella.

Ce projet ambitieux permettra d’étendre notre connaissance sur la structure et le fonctionnement d’un système de sécrétion très répandu mais encore assez énigmatique, le système de sécrétion de type 4, et d’apporter un nouvel éclairage sur le rôle du messager secondaire bactérien extraordinaire qu’est le di-GMPc comme régulateur clé de l’adaptation bactérienne et des interactions avec l’hôte. Les deux équipes ont une expertise de longue date et complémentaire sur la biologie de l’infection et la virulence des légionelles, les mécanismes de signalisation intracellulaire associés au di-GMPc, la biologie structurale et la sécrétion bactérienne (Krasteva et al., Science 2010; Levet-Paulo et al., J. Biol Chem. 2011; Goyal, Krasteva et al. Nature 2014; Allombert et al. Infect. Immun.2014; Michard et al., mBio 2015; Matsuyama *, Krasteva * et al. PNAS 2016; Pecastaing et al. Biofouling 2016; Krasteva et al. Nature Communications 2017; Zouhir et al. mBio 2020; Abidi et al. Science Advances 2021; Allombert *, Jaboulay * et al. J. Mol. Biol. 2021). Il est important de noter que ce projet propose un nouveau paradigme pour le contrôle de la sécrétion multi-effecteurs par les systèmes de sécrétion en général, et contribuera à mieux caractériser les interactions entre L. pneumophila, un pathogène cliniquement important, et son hôte. Enfin, il fournira des informations pour le développement de nouvelles stratégies de traitement ciblant les voies de signalisation à di-GMPc en tant qu'alternatives durables aux cibles antibiotiques classiques pour le développement de modulateurs de virulence efficaces et spécifiques.