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Posté par Adrien le Vendredi 08/12/2017 à 00:00
Division cellulaire bactérienne: des PASTA sinon rien !
L'équipe de Christophe Grangeasse du laboratoire de Microbiologie moléculaire et biochimie structurale, revisite le rôle des domaines PASTA dans la division cellulaire bactérienne. Ces travaux publiés le 4 décembre 2017 dans la revue NatureMicrobiology, révèlent une fonction complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de limiter la quantité...) inédite de ces domaines dans l'organisation (Une organisation est) et l'hydrolyse de la paroi cellulaire. Ils ouvrent la voie à de nouvelles applications biomédicales et industrielles.


Figure: Modèle du rôle des domaines PASTA de la protéine-kinase StkP dans la coordination de la constriction cellulaire et de l'hydrolyse de la paroi cellulaire par StkP. Les répétitions de domaines PASTA sont nécessaires pour l'activation de StkP, indépendamment de 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.) avec les fragments de paroi cellulaire, et la régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se rattache au plan scientifique à l'automatique.) de la fonction des protéines de division (La division est une loi de composition qui à deux nombres associe le produit du premier par l'inverse du second. Si un nombre est non nul, la fonction "division par ce nombre" est la...) cellulaire (divisome) par phosphorylation. Ils fixent également le positionnement (On peut définir le positionnement comme un choix stratégique qui cherche à donner à une offre (produit, marque ou enseigne) une position crédible,...) du PASTA4 pour déterminer l'épaisseur de la paroi cellulaire et contrôler la séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque chose ou son résultat. Plus particulièrement il est...) finale des cellules filles par l'hydrolase LytB. La paroi cellulaire est représentée par une couche grise dont l'épaisseur dépend du nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de domaines PASTA entre la membrane et PASTA4. Les pointillés illustrent l'activation de StkP en fonction du nombre de domaines PASTA. Le fonctionnement du divisome est régulée par phosphorylation pour permettre la constriction et la séparation des cellules produisant une épaisseur de paroi cellulaire normale. Ce mécanisme de régulation n'est pas nécessaire lorsque les cellules produisent une paroi cellulaire anormalement fine. A l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x = 1, si 1 désigne...), il n'est pas suffisant pour permettre la division des cellules lorsque la paroi cellulaire est anormalement épaissie.
© Laure Zucchini

Les domaines PASTAs (pour penicillin-binding protein and serine/threonine kinase associated domain) sont retrouvés exclusivement chez les bactéries, notamment au niveau de protéine-kinases membranaires impliquées dans la régulation du cycle cellulaire bactérien. Depuis leur identification, il est proposé que la propriété principale des domaines PASTA est de fixer certains antibiotiques et autres molécules structuralement comparables, comme les fragments de la paroi cellulaire. Sur cette base, les protéine-kinases possédant des domaines PASTA sont considérées comme de véritables récepteurs membranaires signalant l'état de la paroi cellulaire et contrôlant la division et la morphogenèse cellulaire.

L'équipe de C. Grangeasse s'intéresse depuis plusieurs années au rôle régulateur de la protéine-kinase StkP dans la division cellulaire 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 une paroi...) Streptococcus pneumoniae (ou pneumocoque). StkP est ainsi le chef d'orchestre de ce processus en contrôlant et coordonnant, l'allongement cellulaire, le positionnement du site de division et la constriction cellulaire. Le domaine extracellulaire de cette protéine-kinase est composé de la répétition de 4 domaines PASTA dont on ne connaissait pas la fonction exacte. Un modèle proposait néanmoins qu'ils permettraient l'activation de StkP en fixant des fragments de la paroi cellulaire.

Au cours d'une véritable partie de Lego moléculaire, les chercheurs ont supprimé, inversé, échangé, mélangé ou encore inséré des domaines PASTA additionnels et ensuite quantifié l'impact de ces manipulations génétiques sur la division cellulaire du pneumocoque. Il est alors apparu que les 4 domaines PASTA de StkP n'étaient pas équivalents. Plus précisément, le quatrième domaine en position distale possède une propriété particulière permettant la localisation de StkP au site de division, la constriction cellulaire et la séparation finale des cellules filles. Les 3 autres domaines PASTA placés entre la membrane de la cellule et le PASTA4, agissent comme une règle moléculaire permettant de définir l'épaisseur de la paroi cellulaire entourant la cellule et de contrôler le niveau d'activation de StkP indépendamment de la fixation de fragments de la paroi.

L'histoire a alors pris une ampleur supplémentaire avec la caractérisation structurale du domaine PASTA4 en collaboration avec l'équipe de Patrice Gouet (Laboratoire de Microbiologie (La microbiologie est la science qui étudie les micro-organismes (ou microorganismes).) Moléculaire et Biochimie Structurale, CNRS/Université Claude Bernard (Claude Bernard, né le 12 juillet 1813 à Saint-Julien (Rhône) et mort le 10 février 1878 à Paris, est un médecin et physiologiste français.) Lyon I). Cette structure montre un motif uniquement présent au niveau du domaine PASTA 4. Les chercheurs ont alors démontré que ce motif en forme de "main (La main est l’organe préhensile effecteur situé à l’extrémité de l’avant-bras et relié à ce dernier par le poignet. C'est un organe...) crochue" est spécifiquement impliqué dans l'interaction avec une hydrolase de la paroi cellulaire permettant la séparation finale des cellules filles. La collaboration avec l'équipe de Céline Brochier-Armanet (Laboratoire de Biométrie et Biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des...) Evolutive, INRIA/CNRS/Université Claude Bernard Lyon I), a mis en évidence que ces résultats pouvaient être transposés à d'autres espèces bactériennes établissant ainsi un nouveau modèle du rôle des protéine-kinases à domaines PASTA dans la régulation de la division et la morphogenèse de la cellule bactérienne.

Les domaines PASTA sont exclusivement retrouvés chez les bactéries. Les propriétés structurales particulières de l'un d'entre eux, situé de plus en surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) de la cellule bactérienne et facilement accessible, laisse donc entrevoir des applications aussi bien biomédicales qu'industrielles. La mise en place de stratégies influençant la fonction du domaine PASTA distal devrait permettre de manipuler les capacités de multiplication (La multiplication est l'une des quatre opérations de l'arithmétique élémentaire avec l'addition, la soustraction et la division .) des bactéries offrant ainsi des approches nouvelles pour lutter contre les infections bactériennes ou encore contrôler la production de molécules d'intérêt industriel.

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Source: CNRS-INSB