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Posté par Adrien le Jeudi 27/07/2017 à 00:00
Le mécanisme de l'hibernation des ribosomes du staphylocoque doré révélé
Une collaboration internationale coordonnée par l'équipe de Yaser Hashem à l'Institut de biologie moléculaire et cellulaire dévoile la structure de dimères de ribosomes du pathogène Staphylococcus aureus par cryomicroscopie électronique. Ces travaux permettent de visualiser le rôle d'un facteur bactérien de réponse au stress (Le stress (« contrainte » en anglais), ou syndrome général d'adaptation, est l'ensemble des réponses d'un organisme soumis à des contraintes...) dans l'architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) de cet assemblage propre à certaines bactéries et ouvrent la voie à des thérapies ciblées pour combattre les infections à staphylocoque doré (Le staphylocoque doré (Staphylococcus aureus) est l'espèce la plus pathogène du genre Staphylococcus. Elle est responsable d'intoxications alimentaires, d'infections localisées suppurées, et dans certains cas...). Cette étude a été publiée le 23 juin 2017 dans la revue The EMBO Journal.


Figure: Structure du disome 100S en hibernation du staphylocoque doré. Structure par cryo-microscopie électronique (en bas à droite) du disome. Les flèches épaisses pointent en haut vers les parties correspondantes de SaHPF, la protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. En général, on...) spécifique responsable de cet assemblage en disome très particulier. Les flèches fines pointant vers la gauche soulignent le rôle de SaHPF dans l'arrêt du processus de la traduction ainsi que la protection contre les antibiotiques, en empêchant l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) des ribosomes avec les ARNm et les ARNt ainsi qu'avec différentes familles d'antibiotiques, respectivement.
©Yaser Hashem.

Grâce à un temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) de génération relativement court de l'ordre de quelques dizaines de minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte originale, au crayon, levée sur le terrain....), les bactéries bénéficient d'une capacité à évoluer beaucoup plus rapide que celle des mammifères. Cet avantage inné dans leur adaptation à l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques...) explique en partie l'émergence tôt ou tard de mécanismes de résistance ou de défense en réponse à de nombreux types de stress, tels qu'un appauvrissement en substances nutritives, un choc (Dès que deux entitées interagissent de manière violente, on dit qu'il y a choc, que ce soit de civilisation ou de particules de hautes énergies.) thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents...), ou un traitement antibiotique (Un antibiotique (du grec anti : « contre », et bios : « la vie ») est une molécule qui détruit ou bloque la croissance des bactéries. Dans le...). La mise en veille de la machinerie de synthèse des protéines par dimérisation est l'un de ces phénomènes.

Chez tous les organismes vivants, la synthèse des protéines est pilotée par les ribosomes. Chez les bactéries, il s'agit d'un assemblage de plus de 50 protéines avec trois longues chaînes d'acides ribonucléiques, pour une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la...) totale environ 100 fois supérieure à la taille moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble...) d'une protéine. On sait depuis les travaux réalisés par le prix Nobel Jim Watson dans les années 50 que les ribosomes bactériens ont la capacité de s'associer en dimères au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un animal, et en particulier celle des...) des bactéries. Des travaux plus récents ont montré que cet agencement des ribosomes deux-par-deux s'accompagne d'un arrêt de la synthèse des protéines, un peu comme une entreprise qui aurait temporairement suspendu son activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) en attendant de meilleures conditions économiques. Ce phénomène appelé à juste titre "hibernation", est provoqué par l'expression de facteurs protéiques qui se lient au ribosome pour l'inactiver et provoquer sa dimérisation.

Les travaux dirigés par les équipes de Yaser Hashem et Marat Yusupov, en collaboration avec trois autres équipes dont deux russes, révèlent le rôle de ce facteur d'hibernation dans la dimérisation de ribosomes du staphylocoque doré. A la différence d'un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) restreint de bactéries, comme par exemple le modèle d'étude classique Escherichia coli, Staphylococcus aureus possède un seul facteur d'hibernation, plus long, et dont seulement une partie est similaire à celle déjà bien caractérisée chez E. coli. Par cryomicroscopie électronique, les chercheurs ont obtenu la structure fine de dimères de ribosomes de S. aureus, grâce à la mise en présence de ribosomes isolés et du facteur d'hibernation surexprimé puis purifié.

L'examen de la structure à une résolution quasi-atomique, montre que chez S. aureus comme chez toutes les autres espèces de bactéries, la partie conservée du facteur d'hibernation empêche la fixation des autres partenaires nécessaires à la synthèse des protéines, comme le messager et les adaptateurs qui apportent les acides aminés.

L'aspect le plus étonnant de cette étude concerne la partie propre à S. aureus. Ce domaine, qui se replie en trois dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de révolution.) de façon indépendante, fait une saillie à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet...) du ribosome, ce qui lui permet d'établir plusieurs interactions fortes avec son homologue sur un autre ribosome, générant ainsi cet arrangement (La notion d'arrangement est utilisée en probabilités, et notamment pour les dénombrements en analyse combinatoire.) de ribosomes en dimères. Il est à noter que des résultats similaires ont été obtenus par le groupe de Daniel Wilson à l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment où les...) de Munich, à partir de la bactérie (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries possèdent...) Bacillus subtilis, elle aussi pourvue d'un facteur d'hibernation plus long que celui d'E. coli (Beckert et al., EMBO J. 2017 Jul 14;36:2061-2072).

Le staphylocoque doré étant parmi les premiers agents pathogènes responsables d'infections contractées en milieu hospitalier, toute particularité fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions. Initialement, le terme désignait les fonctions qui en prennent d'autres en...) et mécanistique ouvre la porte à la mise au point (Graphie) de thérapies ciblées et donc non-toxiques pour l'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme...). Ainsi, sur la base de cette structure fine, il est envisageable de concevoir des agents thérapeutiques qui empêcheraient l'association des ribosomes et donc la survie de la bactérie en condition extrême. Toutefois, des travaux sont encore nécessaires pour déterminer précisément à quel stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement sportif.) du cycle de synthèse des protéines et sous quelles conditions de stress, ces facteurs d'hibernation se lient au ribosome, chez S. aureus mais aussi chez les bactéries non-pathogènes endogènes qui ont recours au même procédé. Ainsi, les réponses apportées aux questions relatives au mécanisme d'association puis de dissociation de ces dimères devraient permettre de mieux caractériser la spécificité de S. aureus en vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) de proposer de meilleures solutions pour le combattre.

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Source: CNRS-INSB