Projet de recherche P5/33 (Action de recherche P5)
Le but principal de ce PAI est de contribuer à l’élucidation des trois problèmes les plus importants liés à la structure des protéines et aux interactions qu’elles créent avec d’autres protéines, les acides nucléiques ou de petites molécules. Ce champ d’investigation a été arbitrairement divisé en trois orientations qui se chevauchent de façon importante : le repliement, les relations structure-activité et les « systèmes complexes » impliquant les interactions protéine-ligand et les phénomènes de régulation. Nous utiliserons des approches théoriques et expérimentales. Les modèles choisis ont le plus souvent un impact direct sur la résistance bactérienne aux antibiotiques, un sujet d’une grande importance pratique.
1. Le repliement des protéines
Les protéines modèles sont le lysozyme, les bêta-lactamases à sérine et à Zn et des fragments (VHH) d’anticorps de chameaux dirigés contre ces enzymes. A côté de l’analyse des chemins de repliement des protéines individuelles, on étudiera l’influence des VHH et, éventuellement, des ions métalliques spécifiques sur la dénaturation et la renaturation des protéines correspondantes. Les structures des complexes enzyme-VHH seront déterminées pour analyser les zones d’interaction protéine-protéine. Parallèlement, une approche théorique sera développée sur la base des structures existantes et sur la mise au point de nouveaux algorithmes pour les calculs d’énergie.
2. Activité catalytique et relations structure-fonction
Les enzymes modèles reconnaissent les antibiotiques à noyau bêta-lactame et/ou des acides aminés D ou des peptides contenant des acides aminés D. Les DD-peptidases, aussi appelées Protéines Liant la Pénicilline (PLP) sont les cibles bactériennes des bêta-lactames. Leur sensibilité à ces antibiotiques est très variable et l’apparition d’enzymes très résistants explique l’émergence des Entérocoques et Staphylocoques résistant aux pénicillines. A l’heure actuelle, les facteurs structuraux responsables de cette résistance intrinsèque des cibles restent mal compris. Les transglycosylases et les D-alanine ligases sont de nouvelles cibles potentielles pour les antibiotiques. Le domaine N-terminal des PLP multimodulaires est souvent le siège de la première activité tandis que le domaine C-terminal catalyse la réaction de transpeptidation. Nous tenterons d’établir la structure des deux domaines, de comprendre la corrélation entre les deux réactions et de découvrir des inhibiteurs de la transglycosylase. De même, nous rechercherons de nouveaux inhibiteurs de la ligase. Les bêta-lactamases sont responsables de la plupart des phénomènes de résistance. Nous continuerons nos études sur leur mécanisme d’action et la conception de nouveaux inhibiteurs. Quoique capables de reconnaître des molécules contenant le peptide D-Ala-D-Ala, les D-aminopeptidases, qui constituent notre dernier groupe de modèles enzymatiques, ne sont pas sensibles à la pénicilline. L’étude des structures et l’application des techniques d’évolution dirigée permettront d’identifier les interactions responsables de la reconnaissance de substrats spécifiques par les différents enzymes. Les chemins catalytiques seront étudiés par des méthodes théoriques ab initio pour obtenir des informations sur les structures des intermédiaires stables et des états de transition. La synthèse des inhibiteurs se fera à partir des résultats des approches théoriques et expérimentales.
3. Systèmes complexes : approches biochimique et « protéomique »
Si, chez beaucoup de bactéries, l’inactivation des transpeptidases est l’effet primaire de la pénicilline, on observe des phénomènes additionnels, comme l’activation des autolysines et l’induction des bêta-lactamases. Nous explorerons les réactions des bactéries à la présence de la pénicilline en analysant le protéome et en recherchant des modifications d’activité enzymatique ou de concentrations de métabolites. Les deux approches devraient converger vers une compréhension des phénomènes au niveau cellulaire. Les PLP multimodulaires sont aussi impliquées dans la division cellulaire bactérienne avec un grand nombre d’autres protéines avec lesquelles elles forment un assemblage supramoléculaire appelé divisome. Nous explorerons la structure et le fonctionnement du divisome. De nouveaux algorithmes seront développés pour mieux prédire les sites d’interaction protéine-protéine. Finalement, les biofilms sont souvent responsables de la pathogénicité bactérienne. Nous tenterons de comprendre les mécanismes de formation des biofilms afin de contrôler et d’empêcher leur formation.
