Rôle cellulaire et mode d’action de deux protéine-kinases centrales chez les bactéries – PiBaKi

Nous avons mis en place une approche méthodologique s’appuyant sur différentes expertises et technologies afin d’identifier les cibles des protéine-kinases (spectrométrie de masse), étudier les caractéristiques biochimiques de leurs substrats et partenaires in vitro, produire des souches mutantes nécessaires à la caractérisation fonctionnelle in vivo de leur phosphorylation par différentes approches de microscopie.

Nos travaux ont déjà permis d’identifier certains partenaires et substrats des deux protéine-kinases étudiées et de caractériser les phénotypes des souches inactivées au niveau de l’expression de ces deux protéine-kinases.

Tout en continuant l’identification des substrats des deux protéine-kinases, nos objectifs sont de mettre en évidence le rôle de la phosphorylation de ceux que nous avons déjà caractérisés.

Le projet a débuté il y a 30 mois. Nos résultats ont déjà permis de publier plusieurs articles dans des journaux internationaux de très haut niveau (Nature, PLoS Genetics , Molecular Microbiology et Journal of Biochemical Chemistry). La suite de nos travaux est également extrêmement encourageantes et devrait également conduire à de nouveaux résultats très intéressants.

La phosphorylation des protéines sur la sérine, thréonine et tyrosine est une modification post-traductionnelle impliquée dans la régulation de nombreux processus fondamentaux chez les eucaryotes. En revanche, chez les bactéries, l'existence de cette modification a été longtemps controversée. Cependant, au cours des deux dernières décennies, un nombre croissant d'études a clairement établi que la phosphorylation au niveau de la sérine, thréonine et tyrosine participait à la régulation de nombreux processus de la cellule bactérienne comme par exemple la formation de biofilm, la virulence, le métabolisme central et secondaire, la compétence, ou encore certains processus de développement. Les bactéries produisent des kinases de type eucaryotes, mais elles sont aussi capables de produire des enzymes atypiques ne présentant aucune ressemblance avec les kinases eucaryotes et unique dans leur capacité à utiliser d’autres motifs de liaison de nucléotides. PiBaki est un projet dédié à l’étude du rôle cellulaire de deux kinases bactériennes conservées et homologues soit aux kinases eucaryotes soit possédant des motifs A de Walker fixant l’ATP. Cette étude sera réalisée chez deux bactéries différentes, la bactérie pathogène Streptococcus pneumoniae (ovocoque), et la bactérie du sol Bacillus subtilis (bacille). B. subtilis et S. pneumoniae codent pour une seule kinase de type eucaryote possédant des domaines PASTA (pour Penicillin-binding protein And Ser/Thr protein kinase Associated), PrkC et StkP. Alors que StkP serait impliquée dans la division cellulaire, PrkC contrôlerait la sortie de dormance des bactéries en réponse aux fragments de peptidoglycane libérés dans son environnement. Cependant, les mécanismes par lequel ces deux protéine-kinases exercent leur fonction demeurent inconnus. Nos travaux récents confirment que l’activité kinase de StkP est essentielle à la division de S. pneumoniae et montre qu'elle participe à l'assemblage et la fermeture du septum, la forme des cellules et la localisation spatiale des sites de biosynthèse du peptidoglycane. Nous avons également observé que PrkC serait impliqué dans la détermination de la forme des cellules, mais elle aurait une fonction plus complexe et affecterait la biogenèse des ribosomes en phosphorylant des GTPases associées aux ribosomes. D'autre part, une nouvelle famille de protéine-kinases atypiques, conservée chez de nombreuses espèces bactériennes et définie comme étant essentiel vient d'être identifiée par deux partenaires de notre consortium. La fonction cellulaire de cette protéine, nommée YdiB et Spn1761 chez B. subtilis et S. pneumoniae respectivement, demeure inconnue mais nous avons récemment montré qu’elle serait impliquée dans la résistance au stress oxydatif et probablement dans d’autres processus cellulaires. Nos travaux récents avec StkP, PrkC, YdiB et Spn1761 permettent donc de formuler des hypothèses intéressantes et prometteuses pour décrypter de nouveaux processus de régulation de la physiologie bactérienne. Ce projet est mis en place par 4 groupes de recherche reconnus internationalement et leader dans le domaine de la phosphorylation bactérienne. Nos stratégies d'analyse s'appuieront sur nos compétences spécifiques et nos résultats préliminaires. Nous utiliserons la synergie créée entre nos équipes pour mettre en œuvre des approches de biologie moléculaire, génétique, biochimie et microscopie afin d’identifier les partenaires et substrats de StkP, PrkC, YdiB et Spn1761, et comprendre les mécanismes de régulation dépendant des interactions entre ces kinases et leur(s) substrat(s) et/ou leur(s) partenaires. D'un point de vue fondamental, ce projet contribuera à une meilleure compréhension du fonctionnement de la cellule bactérienne. En termes appliqués, notre étude pourrait permettre d’imaginer des stratégies visant à inhiber spécifiquement ces protéine-kinases bactériennes et ouvrir ainsi une voie vers de nouveaux médicaments antibactériens.