Ciblage des protéases ClpP: Dynamique, fonction et modulation allostérique par agents thérapeutiques – ProteaseInAction

Les cellules biologiques réalisent leurs taches fondamentales grâce à l’action orchestrée de nombreuses protéines et assemblages cellulaires. De grands édifices moléculaires sont responsables de la synthèse de produits naturels, de métabolites et de protéines, assistent le repliement ou le dépliement de protéines, ou permettent la communication des cellules entre elles ou encore avec leur environnement. Comprendre comment ces "nanomachines" fonctionnent à l’échelle atomique a stimulé des décennies de recherche. Un aspect particulièrement fascinant de l’action de telles machines est qu’elles procèdent souvent par l’action concertée de différentes parties moléculaires, dont le couplage à longue distance dans l’espace est encore très mal compris. Dans ce projet nous nous focalisons sur la protéase ClpP, un très gros complexe protéique de près de 300 kDA qui possède quelques-uns des marqueurs de tels couplages allostériques et de mécanismes concertés. ClpP est capable de dégrader des protéines qui entre dans la cavité centrale de la protéase par des pores axiaux. ClpP coopère avec une protéine chaperonne AAA+, cette dernière lui délivrant une chaîne polypeptidique dépliée. La protéase caséinolytique (Clp) est un système paradigmatique de la machinerie des protéases présent dans les bactéries et la plupart des organismes eucaryotes. Clp joue un rôle très actif dans la survie et la virulence des bactéries pathogènes. A ce titre, le développement de principes actifs ciblant les protéases ClpPs a récemment émergé comme une stratégie prometteuse pour répondre au problème sociétal majeur des bactéries multi-résistantes. De plus, les indications montrant que l’expression de ClpP mitochondrial induite en réponse au stress cellulaire, comme conséquence du processus tumoral, souligne l’importance des ClpPs dans l’homéostasie de protéines eucaryotes. Bien que des structures soient disponibles, le mécanisme d’interaction entre ClpP et ses co-chaperonnes ainsi que le mécanisme d’ouverture des protéases restent largement inconnus. La dérégulation du système ClP peut conduire à des dysfonctionnements physiologiques majeurs des bactéries. En particulier, l’acyldepsipeptide (ADEP), un composé dérivant d’un peptide naturel, a montré qu’il est capable d’activer ClpP, convertissant l’activité très régulée de cette peptidase, ne pouvant dégrader des protéines qu’avec l’aide de son partenaire AAA+, en une activé indépendante et complètement dérégulée. ADEP s’est montré comme un antibiotique très efficace pour traiter des bactéries résistantes aux autres traitements. De plus, une nouvelle classe d’antibiotique s’est montrée capable d’activer ClpP au travers d’un mécanisme d’ouverture allostérique complètement inconnu. Dans cette proposition, nous intègrerons les informations obtenues par l’intermédiaire de nombreuses techniques expérimentales, telles que la RMN en solution, à l’angle magique, le SAXS et la microscopie électronique, à des techniques de simulations avancées in silico pour élucider les mécanismes d’échange conformationnel et de couplage allostérique sous-jacents à l’activité de ClpP. Nous étudierons notamment, l’effet de principes actifs sur la transition allostérique de ClpP conduisant à la dérégulation de son activité. Au-delà des informations cruciales sur le fonctionnement de la machinerie des protéases, ce projet repoussera les limites des frontières actuelles des méthodes de RMN, en incluant notamment des nouvelles expériences RMN dynamiques de sites spécifiques – et des simulations de dynamique moléculaire, en développant de nouvelles stratégies pour l’échantillonnage ergodique préférentiel d’évènements rares.