Profilage d’une flottille malicieuse protégeant les frontières bactériennes contre les invasions
Le modèle de mosaïque fluide de la membrane cellulaire proposé il y a près d’un demi‑siècle est encore largement approprié. Cependant, nous savons maintenant que la mosaïque de protéines n’est pas formée par une diffusion passive aboutissant à une dispersion homogène. Elle est plutôt le résultat de «l’accrétion» de certains lipides et protéines formant des microdomaines appelés «radeaux lipidiques» chez les eucaryotes. Plus récemment, de telles structures ont été identifiées dans les cellules procaryotes, où elles sont appelées microdomaines membranaires fonctionnels (MMF) pour les distinguer. Les radeaux lipidiques remplissent des fonctions importantes dans les cellules, liées au fonctionnement de leurs protéines, qui dépend à son tour de l’intégrité des microdomaines. Les perturbations sont associées, entre autres, aux maladies neurodégénératives et aux maladies cardiovasculaires. La structure détaillée des radeaux lipidiques est largement inconnue, et on ignore encore plus de choses sur la structure et la fonction de leurs homologues procaryotes, les MMF. Dans le cadre du projet RaftsStruc, financé par l’UE, et soutenue par une bourse Actions Marie Skłodowska-Curie, Marta Ukleja a entrepris d’étudier la structure des MMF, de valider leur existence et de donner un aperçu de leurs fonctions potentielles.
Une chose en entraînant une autre
Il y a un peu plus de dix ans, Daniel Lopez, coordinateur du projet RaftsStruc, a identifié pour la première fois les MMF et leurs lipides. Les MMF contenaient de la flotilline, une protéine des eucaryotes que l’on ne trouve que dans les radeaux lipidiques, ce qui a accru l’intérêt pour les structures et les fonctions conservées. Au cours de la décennie qui a suivi, au Centre national de biotechnologie (CNB-CSIC), le laboratoire de Daniel Lopez a ajouté des pièces au puzzle des MMF. Parmi elles, un lien important entre les MMF, la flotilline et une souche multirésistante de Staphylococcus aureus. S. aureus résistant à la méthicilline (SARM) est à l’origine d’infections potentiellement mortelles dans les hôpitaux du monde entier. Il est apparu pour la première fois quelques années après l’utilisation de la pénicilline et a longtemps été associé à la protéine 2a de liaison à la pénicilline (PBP2a). La PBP2a a une affinité moindre pour la pénicilline et les antibiotiques de type pénicilline (bêta‑lactames) que les autres PBP. L’équipe de Daniel Lopez a montré que la flotilline joue un rôle dans la formation des MMF et la polymérisation de PBP2a et que la perturbation de l’assemblage des MMF interfère avec la polymérisation de la PBP2a et élimine la résistance aux antibiotiques chez SARM. Les pièces du puzzle s’accumulaient, mais il manquait une pièce essentielle.
Découverte d’une voie clé pour combattre les infections à staphylocoques multirésistants
Marta Ukleja a rejoint le laboratoire de Daniel Lopez en 2017 pour étudier la structure 3D de la flotilline et de la PBP2a à l’aide d’une cryomicroscopie électronique (cryoEM) de pointe et pour caractériser les interactions entre elles. Étant donné le peu que l’on savait déjà et le problème urgent de santé publique que représente SARM, tout nouveau résultat s’avérait précieux, ce qui en faisait une proposition à haut risque et à haut gain. «Nous avons réussi à surexprimer et à purifier la flotilline et la PBP2a et à réaliser des études structurelles. Étonnamment, nous avons observé que la protéine PBP2a purifiée existe sous forme de dimère, et non de monomère comme on le pensait auparavant. De plus, la formation du dimère semble être nécessaire à la résistance aux antibiotiques», explique Marta Ukleja. Marta Ukleja et Daniel Lopez ont suivi cette découverte fortuite, ce qui a permis de réaliser des progrès supplémentaires qui ont été finalisés dans deux manuscrits. L’un décrit la dimérisation de PBP2a et son influence sur la résistance aux antibiotiques, et l’autre décrit la structure par cryoEM et la fonction d’un autre partenaire protéique de la flotilline. En reconnaissance des progrès considérables et de la valeur des travaux de Marta Ukleja, le Conseil national espagnol de la recherche finance la poursuite de ses recherches. Des thérapies efficaces contre SARM pourraient se profiler à l’horizon.
Mots‑clés
RaftsStruc, MMF, PBP2a, flotilline, radeaux lipidiques, SARM, microdomaine membranaire fonctionnel, protéine 2a de liaison à la pénicilline, S. aureus résistant à la méthicilline