Mécanismes moléculaires de l'immunité du phage T5 – ImmunoPhage

Les bactériophages, virus infectant les bactéries, sont les entités vivantes les plus abondantes sur Terre. Ils ont un impact profond sur les cycles biogéochimiques globaux et sur le climat, de par leurs effets sur l’écologie microbienne marine notamment. Ils sont présents dans tous les biotopes, par exemple notre intestin. Ils sont depuis longtemps utilisés comme outils en génétique moderne, mais la communauté scientifique réalise aujourd’hui leur importance intrinsèque. Ils commencent à être utilisés dans une variété d’applications telles que la vectorisation de médicaments, les bio-capteurs ou encore les bio- et nanotechnologies. Leur application potentielle la plus prometteuse aujourd’hui est leur utilisation comme agents antibactériens spécifiques dans le traitement des infections humaines et animales multi résistantes aux antibiotiques.
Chez les phages, le déclencheur de l’infection est la reconnaissance de l’hôte. Celle-ci induit la perforation de la paroi cellulaire bactérienne et permet l’injection de l’ADN du phage dans le cytoplasme de l’hôte. Dans le cas des phages lytiques, la machinerie de l’hôte est détournée au profit de la réplication virale, et conduit à la libération de nouveaux virions et à la mort de l'hôte. Pendant leur réplication, certains phages protègent l’hôte d’une surinfection en modifiant les récepteurs bactériens à sa surface. Cela empêche aussi les virions produits de se lier aux fragments de paroi cellulaire de l’hôte lysé, et augmente ainsi les chances des phages produits d’infecter de nouvelles bactéries. Comme l’inhibition de la reconnaissance de l’hôte par d’autres phages protège la bactérie infectée, nous appelons ce phénomène « immunité des phages ».
Le projet ImmunoPhage vise à déchiffrer les mécanismes de reconnaissance de l’hôte et son inhibition pour le phage T5. Celui-ci infecte E. coli. Il est composé d’une capside icosaédrique et d’une longue queue flexible. A l’extrémité distale de la queue de T5, pb5, la protéine de reconnaissance du récepteur de T5, lie irréversiblement FhuA, un transporteur du fer-ferrichrome localisé dans la membrane externe de l’hôte. Cette interaction déclenche l’infection. Dans le génome de T5, juste à côté du gène codant pb5, une petite lipoprotéine, Llp, est codée. Celle-ci cible le feuillet interne de la membrane externe de la bactérie et interagit avec FhuA. La production de Llp empêche la surinfection d'E. coli infecté par tous les phages dont le récepteur est FhuA, et inhibe également le transport Fe-Ferrichrome.
Comment pb5 interagit-elle avec FhuA? Quels sont les changements de conformation dans pb5 qui permettent la transmission de l’information de reconnaissance de l’hôte au reste du phage? Comment la liaison d’une protéine à la surface périplasmique de FhuA inhibe-t-elle la liaison de tous les autres ligands à la surface extracellulaire de la protéine? Nous répondrons à ces questions en déterminant les structures à résolution atomique de pb5, Llp et des complexes FhuA-pb5 et FhuA-Llp, par cristallographie, RMN ou cryo-microscopie électronique (cryo-ME), et en étudiant au niveau biochimique et biophysique les interactions FhuA-Llp. Nos essais pour obtenir des cristaux de qualité suffisante pour résoudre la structure du complexe FhuA-pb5 (150 kDa) ont été infructueux. La révolution de résolution en cryo-EM permet à présent de résoudre la structure de complexes de cette modeste taille.
Les technologies et expertises de pointe -manipulation des phages, biochimie, biophysique et analyse structurale de protéines de phages et de protéines membranaires à résolution (quasi-)atomique notamment par cryo-ME- rassemblées dans ce projet permettront l’obtention à la résolution atomique de la structure de FhuA en complexe avec deux partenaires très différents. Ces résultats permettront de proposer un mécanisme, jusqu'à présent encore inconnu, pour les premières étapes du cycle de vie du phage T5 mais aussi peut-être pour le transport Fe-ferrichrome par FhuA.