PhoPR et transmission de la tuberculose – MTB-Spread

Premièrement, nous déployons différentes approches biophysiques, la diffraction des rayons X et la cryo-microscopie électronique, pour déterminer la structure de la protéine PhoR et/ou des domaines fonctionnels. Nous caractérisons la réponse de systèmes PhoPR issus de différentes lignées de bacille de la tuberculose soit à des stimuli in vitro, soit à des microenvironnements rencontrés lors de l'infection.
Deuxièmement, nous évaluons l'impact de 5 allèles phoPR, issus de bacilles avec différentes capacités de transmission, sur l’interaction hôte/pathogène, et en particulier sur les étapes liées à la transmission. Nous utilisons un modèle de souris qui reproduit, lors de l'infection, la gravité et la diversité des lésions pulmonaires trouvées chez les patients tuberculeux. Nous utilisons également des macrophages humains, les cellules cibles des bacilles de la tuberculose, pour mimer la rencontre initiale des bacilles avec l'hôte. Enfin, nous souhaitons comparer l'impact des différents allèles de phoPR dans un modèle de transmission artificielle chez la souris.
Troisièmement, nous recherchons les adaptations génétiques qui permettent à une lignée phylogénétique particulière de bacilles de la tuberculose de contourner la diminution d’activité de PhoR. Pour cela, nous évaluons la réponse du régulon PhoPR aux stimuli dans ces souches particulières et la contribution de PhoR à cette réponse. Enfin, nous déployions des stratégies complémentaires basées sur la génomique comparative et la génétique pour rechercher le(s) gène(s) et adaptation(s) impliqués dans cette suppression.

Mycobacterium tuberculosis, le principal agent responsable de la tuberculose humaine, a émergé d'un ancêtre environnemental par l'adaptation de voies endogènes améliorant sa capacité à coloniser l'hôte humain et à se transmettre. Cependant, la séquence des événements génétiques associés à ce changement spectaculaire de mode de vie et les conséquences fonctionnelles sous-jacentes restent mal comprises. Les survivants les plus proches de cet ancêtre environnemental sont les bacilles du taxon Mycobacterium canettii. Ces souches rares sont responsables de quelques cas de tuberculose mais sont incapables de se transmettre chez l'hôte humain. La première série de résultats des partenaires de ce consortium montrent que les fonctions régulées par PhoP sont sous-exprimées dans la plupart des isolats de M. canettii par rapport à M. tuberculosis et que des mutations naturelles dans le système de régulation à deux composants PhoPR de M. canettii ont un impact sur la biosynthèse et la sécrétion de facteurs de virulence clés des bacilles de la tuberculose. L’expression d'un allèle phoPR de M. tuberculosis dans M. canettii augmente sa virulence dans plusieurs modèles infectieux. Ces résultats suggèrent donc que la sélection d'un variant spécifique de PhoPR a probablement contribué à l'évolution de l'ancêtre de la tuberculose vers un pathogène humain hautement adapté. La projection de ces mutations sur un modèle de structure tridimensionnel de la protéine PhoR réalisé à l’aide de l’intelligence artificielle permet d’expliquer les résultats expérimentaux. La rédaction d’un article portant sur l’ensemble de ces résultats est en cours de finalisation avant envoi pour publication.

Les résultats attendus devraient révéler la structure de la protéine PhoR, expliquer pourquoi certaines mutations de phoPR améliorent/réduisent la transmission chez l'homme, et décrire comment certaines souches ont adapté leur réponse du régulon PhoP pour compenser la perte d'activité de PhoR.

En cours

De nouvelles stratégies thérapeutiques sont requises pour réduire l’incidence de la tuberculose humaine (TB) dans le monde. Cela nécessite une meilleure compréhension des facteurs clés de l'agent pathogène contribuant à la pathogénèse et à la transmission. Les bacilles de la TB ont développé des capacités uniques pour faire face au système immunitaire de l'hôte et l'utiliser pour la transmission. Étonnamment, les fonctions bactériennes impliquées dans la transmission sont largement inconnues. Notre objectif est de nous attaquer à ce problème. Certaines lignées phylogénétiques de bacilles TB présentent des capacités réduites de transmission par aérosol chez l'homme. Plusieurs études suggèrent que des mutations affectant le système de régulation à deux composants, PhoPR, contribuent à cette capacité de transmission plus faible. PhoPR est constitué de la protéine senseur PhoR et du régulateur transcriptionnel PhoP qui contrôle l'expression des principaux facteurs de virulence bactériens. Toutes les mutations non synonymes sont situées dans le gène phoR. La structure de PhoR est inconnue et l'impact des mutations naturelles trouvées dans PhoR sur l'activité de PhoPR et la capacité de transmission du pathogène n'est pas documenté.
Nous proposons ici de répondre à plusieurs questions importantes : i) quelle est la structure de PhoR ? ii) comment les mutations, trouvées dans les allèles phoPR de certaines lignées phylogénétiques, affectent l'activité du système PhoPR, iii) quel est leur impact sur le dialogue hôte/pathogène et en particulier sur les étapes importantes pour la transmission , et iv) comment une lignée spécifique de bacilles TB contourne ou compense la perte d'activité de PhoR ?
Premièrement, nous déploierons différentes approches biophysiques, la diffraction des rayons X, la diffusion des rayons X aux petits angles et/ou la cryo-microscopie électronique, pour déterminer la structure de la protéine PhoR et/ou des domaines fonctionnels. Nous caractériserons la réponse de systèmes PhoPR issus de différentes lignées de bacilles TB soit à des stimuli in vitro, soit à des micro-environnements rencontrés lors de l'infection.
Deuxièmement, nous évaluerons l'impact de 5 allèles phoPR, issus de bacilles avec différentes capacités de transmission, sur l’interaction hôte/pathogène, et en particulier sur les étapes liées à la transmission. Nous utiliserons i) un modèle de souris qui reproduit, lors de l'infection, la gravité et la diversité des lésions pulmonaires trouvées chez les patients tuberculeux et ii) des cellules humaines de l’alvéole pulmonaire pour mimer la rencontre initiale des bacilles avec l'hôte. Enfin, nous comparerons l'impact des différents allèles de phoPR dans un modèle de transmission artificielle chez la souris.
Troisièmement, nous rechercherons les adaptations génétiques qui permettent à une lignée phylogénétique particulière de bacilles TB de contourner la diminution d’activité de PhoR. Nous évaluerons la réponse du régulon PhoPR aux stimuli dans ces souches particulières et la contribution de PhoR à cette réponse. Enfin, nous déploierons des stratégies complémentaires basées sur la génomique comparative et la génétique pour rechercher le(s) gène(s) et adaptation(s) impliqués dans cette suppression.
Ce projet est innovant car il aborde la question des adaptations importantes pour la transmission de la TB chez l'homme. Cette question est d'une importance majeure mais reste inexplorée jusqu'à présent. Ce projet s'appuie sur la collaboration de trois groupes reconnus internationalement, disposant d'expertises complémentaires, et des approches multidisciplinaires allant des mécanismes moléculaires à l’expérimentation animale. Les résultats attendus devraient révéler la structure de la PhoR, expliquer pourquoi certaines mutations de phoPR améliorent/réduisent la transmission chez l'homme, et décrire comment certaines souches ont adapté leur réponse du régulon PhoP pour compenser la perte d'activité de PhoR.