Une GTPase à 3 états pour contrôler les mouvements d'une bactérie
Publié par Isabelle le 02/12/2019 à 08:00
Source: CNRS INSB
Les petites GTPases sont des régulateurs majeurs de la motilité cellulaire chez les eucaryotes, où elles fonctionnent comme des interrupteurs à 2 positions. C'est aussi le cas de la bactérie Myxococcus xanthus, qui a la particularité de changer sa direction de mouvement de façon coordonnée grâce à la petite GTPase MglA et son régulateur négatif, MglB. Paradoxalement, MglA et MglB sont localisés aux pôles opposés de la bactérie et donc séparées l'une de l'autre. Dans cette étude publiée dans la revue Nature Communications, les chercheurs ont découvert une clé importante du mécanisme d'action de MglA et MglB en montrant que MglA est en fait une GTPase à 3 états.


Figure: Modèle du contrôle de l'inversion du sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive...) de mouvement de la bactérie M. xanthus par une GTPase à 3 états et sa GAP. Le sens du mouvement est indiqué par une flèche. La GAP MglB et les 3 formes de la petite GTPase MglA sont réprésentées par un code couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) comme indiqué.
© Jacqueline Cherfils & Tâm Mignot

La forme active de la petite GTPase MglA est située au pôle avant de la bactérie alors que son régulateur négatif MglB (GTPase-Activating Protein = GAP) est située au pôle arrière. Leurs localisations s'inversent lors des changements coordonnés de direction, ce qui nécessite que MglA soit inactivée par MglB. Il est donc nécessaire que MglA et MglB communiquent à distance puis directement lorsque la bactérie 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...) son mouvement. Dans cette étude, les chercheurs ont exploré cette question intrigante en intégrant des approches de biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie...) structurale, de biochimie in vitro et de motilité in vivo. Ces trois approches convergent ( en astronautique, convergent en mathématiques, suite convergente série convergente ) pour établir l'existence d'un troisième état inédit de MglA qui combine des caractéristiques des formes actives et inactives canoniques des petites GTPases.

L'étude rapporte d'abord le cycle structural complet de MglA et MglB, qui identifie notamment une forme atypique de MglA combinant des éléments conformationnels de sa forme inactive (MglA-GDP) et de sa forme active (MglA-GTP). La caractérisation, par cinétique (Le mot cinétique fait référence à la vitesse.) de fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que la chaleur. (on parle parfois de « lumière froide »)....) in vitro, de l'inactivation de MglA par MglB montre ensuite que MglA-GTP existe sous deux formes: l'une qui est inactivée par MglB, alors que l'autre y est réfractaire mais peut être re-sensibilisée par MglA-GDP selon un mécanisme de rétroaction (notée MglA-GTP* dans la figure). Enfin, l'existence de deux formes distinctes de MglA-GTP est établie in vivo au moyen d'un mutant de MglB (dont la position dans la protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons...) s'appuie sur l'étude structurale) capable d'atteindre toutes les molécules de MglA dans la bactérie. Ces résultats révèlent que MglA possède deux formes actives différentes, assurant la motilité à l'avant de la bactérie pour l'une et la communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine (télécommunications, nouvelles technologies...), ainsi que...) entre l'avant et l'arrière de la bactérie pour l'autre.

Ce fonctionnement à trois états est sans précédent dans le monde (Le mot monde peut désigner :) des petites GTPases. Chez Myxococcus xanthus, il explique de nombreuses observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande participation des...) restées difficiles à rationaliser par un mécanisme à deux états. Il suggère notamment un modèle de 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 motilité dans lequel MglA-GDP est un messager soluble, capable de convertir la forme active située à l'avant de la bactérie (MglA-GTP*) en une espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type » ou « apparence ») est le taxon de base de la systématique. L'espèce...) diffusable (MglA-GTP) qui se re-localise au pôle opposé ( En mathématique, l'opposé d’un nombre est le nombre tel que, lorsqu’il est à ajouté à n donne zéro. En botanique, les organes d'une plante sont...) pour initier des changements de direction. Les trois états de MglA permettent ainsi un rétrocontrôle négatif et la mobilisation rapide des molécules de MglA-GTP localisées au pôle avant, en d'autres termes un contrôle à distance de MglA-GTP par la GAP en plus de son action directe sur l'hydrolyse du GTP. Ce type de régulation pourrait également exister dans les cellules eucaryotes, ce qu'il serait intéressant d'explorer à l'avenir.

Pour en savoir plus:
MglA functions as a three-state GTPase to control movement reversals of Myxococcus xanthus

Galicia C, Lhospice S, Fernández Varela P, Trapani S, Zhang W, Navaza J, Herrou J, Mignot T, Cherfils J.
Nature Communications 22 Nov 2019. doi.org/10.1038/s41467-019-13274-3
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