Projet ANR-14-CE09-0004 – FiberSpace : Pili de type IV et pseudopili: structure, dynamique, assemblage et fonction moléculaire
Programme : Une nouvelle représentation du vivant (DS0401) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Madame Olivera Francetic (Laboratoire des Systèmes macromoléculaires et signalisations)
Partenaires : Fondation de recherche; Fondation de recherche; Fondation de recherche
Montant : 528867.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 60 mois
Résumé : Les microorganismes transforment leur environnement et la planète en grande partie grâce à leurs capacités à transporter des macromolécules et à assembler des organites permettant motilité et adhérence aux substrats. Chez les bactéries, les pili de type 4 (PT4) et les systèmes de sécrétion de type 2 (SST2) assurent ses fonctions par le même mécanisme, très ancien et répandu dans les trois domaines du vivant. Ses nano-machines membranaires catalysent l'assemblage de filaments aux différents  propriétés de surface, longueur et dynamique. L'assemblage et désassemblage de PT4 permet la motilité, l'adhésion, formation du biofilm, sécrétion des protéines, ou transport de l'ADN exogène. Les filaments des SST2, limités à l'espace périplasmique chez les bactéries à Gram négatif, assurent la sécrétion de toxines, hydrolases, cytochromes et d'autres protéines sous forme native repliée à travers la membrane externe.
	Des nombreux pathogènes de l'homme (Neisseria, Francisella, Vibrio), d'animaux (Aeromonas, Dichelobacter, Escherichia coli), ou des plantes (Xanthomonas, Dickeya) expriment les PT4 et SST2 comme déterminants majeurs de virulence. Leur fonction majeure dans la biosphère implique la dégradation de biopolymères, ou réduction des métaux tels fer ou manganèse. Ces nano-machines  d'un grand intérêt fondamental et médical, font l'objet de nombreuses études génétiques, biochimiques ou structurales. Cependant, le mécanisme de leur assemblage et fonction moléculaire reste très mal compris. Leur nature membranaire et dynamique, ainsi que la complexité des systèmes présentent des obstacles majeurs à leur étude. 
	Les PT4 et pseudopili sont composés de pilines, petites protéines initialement localisées dans la membrane cytoplasmique. Leurs segments membranaires, très conservés, sont impliqués dans les interactions avec les facteurs d'assemblage, tandis que leurs domaines périplasmiques variables déterminent les propriétés de surface des  fibres assemblées. Comprendre ces interactions, les étapes d'assemblage des pili et leur dynamique au niveau moléculaire est indispensable pour comprendre le mécanisme de leurs fonctions et de leur rôle dans le pouvoir pathogène. Ces questions définissent l'objectif global de notre projet, qui implique une étude comparative des deux modèles chez les entérobactéries, le T2SS Pul de Klebsiella oxytoca et le système de PT4 chez d'Escherichia coli entéro-hémorragique (EHEC).
	Nos objectifs sont les suivants: 1) Déterminer et valider la structure détaillée du PT4 chez EHEC, comprendre sa dynamique et sa fonction moléculaire. 2) Déterminer la composition et les interactions entre les pilines mineures et majeures du pseudopilus natif d'SST2 et 3) déterminer le mécanisme d'assemblage impliquant les interactions entre pilines et le sous-complexe de la membrane interne d'SST2. Notre objectif méthodologique (4) est de développer des outils de bioinformatique structurale adaptés à l'analyse des complexes dynamiques au sens large.
	Notre approche pluridisciplinaire est particulièrement adaptée à l'étude des systèmes dynamiques membranaires. Notre consortium réunit les compétences complémentaires nécessaires à cette étude: des connaissances et analyse génétique, biochimique et fonctionnelle du système biologique (Partenaire 1), modélisation flexible et analyse bio-informatique structurale (Partenaire 2), analyse à haute résolution de protéines, leur dynamique structurale et leurs interactions par RMN (Partenaire 3) et microscopie électronique à haute résolution et l'analyse de la variabilité structurale des filaments dynamiques (Partenaire 4). La collaboration entre nos équipes a déjà abouti à 4 publications de haut niveau. Nombreux résultats préliminaires et avancées méthodologiques récentes garantissent la réussite de cette étude. Les résultats auront un grand impact sur les connaissances fondamentales des nano-machines biologiques, ainsi que des implications pour la virulence bactérienne et la bio-remédiation.