Déterminants structuraux de l'infectivité de phages lactococcaux de la famille des Siphoviridae – Lacto-Phages

Les phages à queue (Caudovirales) appartiennent à trois familles, parmi lesquels les Siphoviridae possèdent une longue queue non contractile terminée par une pointe ou une plaque basale servant à l'adsorption des phages sur leur hôte. Bien que le mécanisme de l'infection bactérienne par les deux autres familles de Caudovirales (Myo- et Podoviridae) ait été bien documenté, moins d’information est disponible concernant l'infection des bactéries gram+ par les Siphoviridae.
Notre groupe vise à décrypter les mécanismes de l’infection de Lactococcus lactis par les siphophages. L. lactis, une bactérie Gram+, et ses bactériophages (Siphoviridae, dsDNA), sont un thème de grande importance économique et scientifique. Ces phages bloquent la fermentation industrielle du lait lors de la production de fromage. Par ailleurs, plusieurs centaines de phages de L. lactis ont été isolés à travers le monde, chaque phage infectant spécifiquement une ou quelques souches de L. lactis.
Dans le projet précédent, nous avons déterminé les structures 3D des protéines de liaison au récepteur (RBPs) des phages p2 et TP901-1. En effet, la première étape de l'infection implique l'interaction spécifique des RBPs avec les récepteurs saccharidiques uniformément répartis à la surface de la paroi cellulaire. Les RBPs sont attachées à un organelle du phage, la plaque basale (baseplate), qui les oriente correctement pour la reconnaissance du récepteur. Nous avons déterminé les structures 3D des baseplates des phages p2 et TP901-1 par diffraction aux rayons X. (et par microscopie électronique (EM)). Ces deux organelles (1,1 et 1,9 MDa) comportent 18 et 54 sites de liaison aux sucres, respectivement. La baseplate du phage p2 change de conformation en présence de Ca2+, un cation strictement nécessaire à l'infection. La connaissance structurale des composants des baseplates a révélé que certains possèdent des structures conservées. En particulier, une protéine commune aux phages infectant les bactéries gram+ forme une plateforme centrale de la baseplate. En outre, certaines caractéristiques structurales sont partagées avec d'autres phages (Myoviridae) ou même avec le système de sécrétion de type VI.
Nous avons énormément progressé dans la compréhension du mécanisme de reconnaissance phages/hôtes, mais n'arrivons toujours pas à savoir comment l’interaction baseplate/hôte génère un signal qui déclenche l'ouverture de la protéine portail de la capside et libère l'ADN. Un premier mécanisme possible implique un changement de conformation des protéines majoritaires de queue (MTP) induit par l'activation de la baseplate. Il pourrait alors se propager le long de la queue et déclencher l'ouverture du portail. Un second est basé sur un mécanisme impliquant la protéine centrale de la queue, la “tape measure protein” (TMP). Elle pourrait être tirée par le mouvement de la baseplate, et ainsi déclencher l’ouverture de la protéine portail. Le mécanisme aboutissant à l’ouverture du portail est probablement général parmi les siphophages et étend ainsi la portée générale de notre projet.
Nous examinerons d'abord par EM l'effet des récepteurs sur le phage entier, les changements conformationnels de la baseplate et de la queue avant et après la libération d'ADN. Une seconde approche impliquera la production de complexes plus grande que la baseplate, intégrant toutes ses composants et ceux de la queue, ainsi que des complexes avec les sucres récepteurs identifiés par notre partenaire à l'INRA. La taille de queue sera réduite à quelques anneaux hexamérique de MTP en réduisant la taille de la TMP. Ces constructions seront examinées conjointement par cryoEM et diffraction des rayons X, afin de déterminer quel mécanisme est le plus probable. Les virologistes fourniront les phages et effectueront les tests fonctionnels. Notre but ultime est de rassembler suffisamment de données pour présenter un "film" de l'infection virale, jusqu'à l'éjection d'ADN.