Fragments de peptidoglycane pour comprendre les transpeptidases – PFUT

Les protéines de liaison à la pénicilline (PLPs) sont les cibles des bêta-lactamines, les antibiotiques les plus utilisés tels que les pénicillines, les céphalosporines ou les carbapénèmes. Les PLPs sont des transpeptidases qui catalysent la réticulation du peptidoglycane (PG), le principal composant de la paroi cellulaire bactérienne. Des agents pathogènes tels que Staphylococcus aureus, les entérocoques, Neisseria ssp. et Streptococcus pneumoniae deviennent résistants aux pénicillines en exprimant des PLPs ayant une faible réactivité pour les bêta-lactamines. Étant donné que ces médicaments sont des imitations structurales du substrat naturel, comment les PBP des souches résistantes ont-elles perdu leur réactivité aux bêta-lactamines tout en conservant leur fonction enzymatique ? La solution à cette énigme expliquera pourquoi certaines bêta-lactamines de dernière génération sont actives contre des souches résistantes aux médicaments plus anciens, et aidera à concevoir de nouvelles améliorations.
Bien que la réaction entre les PLPs et les bêta-lactamines soit bien comprise sur le plan cinétique et structural, la transpeptidation enzymatique catalysée par les PLPs est peu étudiée en raison de la difficulté à obtenir les substrats. La transpeptidation se produit entre deux peptides attachés à des chaînes glycanes. Cependant, les peptides seuls ou attachés à des disaccharides ne sont pas des substrats des PLPs in vitro. Des progrès réalisés récemment dans le domaine de l'enzymologie des PLPs ont permis de découvrir certaines exigences relatives aux substrats de la réaction de transpeptidation, en utilisant des chaînes de glycanes polymérisées in vitro. Cependant, malgré un demi-siècle d'efforts, les informations structurales sur l'interaction entre les PLPs et leurs substrats font toujours défaut, car la polymérisation des chaînes glycannes réalisée in vitro produit des mélanges hétérogènes en taille, ce qui empêche les études cristallographiques et l'enzymologie détaillée.
Nous avons démontré une approche chimio-enzymatique qui permet de synthétiser des fragments de PG de taille définie à l'aide d'une glycosynthase conçue par mutation du lysozyme du blanc d'œuf de poule. Les précurseurs nécessaires sont obtenus par accumulation dans des souches d'Escherichia coli spécialement modifiées qui détournent la voie de recyclage des PG.
Nous proposons d'utiliser ces fragments de PG uniques pour définir structurellement pour la première fois l'interaction entre les PLPs et leurs substrats, en combinant la cristallographie aux rayons X et la RMN avec l'enzymologie et des études de liaison. Nos enzymes cibles seront PLP2x, PLP2b et PLP1a de Streptococcus pneumoniae. Ces trois PLPs sont impliquées dans la résistance aux bêta-lactamines de cet important pathogène humain et nous étudierons les variants d'une souche sensible et d'une souche hautement résistante. L'interaction de ces PLPs avec les bêta-lactamines a été bien caractérisée, structurellement et cinétiquement, mais les informations sur l'interaction avec leurs substrats physiologiques manquent encore.
L'utilisation de nouveaux analogues de substrats compètement définis permettra pour la première fois de comprendre en détail les cibles médicamenteuses importantes que sont les PLPs.