Projet ANR-13-BSV8-0002 – MECA VENUS : Mécanismes moléculaires de la transduction de signal par BvgS, un modèle de la famille de récepteurs kinases bactériens à domaines Vénus Flytrap
Programme : Blanc - SVSE 8 - Biochimie, biologie moléculaire et structurale (Blanc SVSE 8) 2013
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Madame Françoise JACOB-DUBUISSON (Institut Pasteur de Lille-Center for Infection and Immunity of Lille)
Partenaires : Institut de Recherche Interdisciplinaire; Centre d'Infection et d'Immunité de Lille
Montant : 320000.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 42 mois
Résumé : Les systèmes à deux composants représentent une voie majeure de transduction de signaux chez les bactéries, qui leur permettent de s’adapter en réponse à des changements environnementaux. Ces systèmes régulent  des programmes développementaux importants, et notamment l’expression de la pathogénicité de certaines bactéries. Ils se composent typiquement d’un capteur-kinase transmembranaire et d’un régulateur de réponse cytoplasmique. La perception d’un signal physique ou chimique par le capteur déclenche l’autophosphorylation de la kinase dans le cytoplasme, suivie du transfert du groupement phosphoryl au régulateur de réponse; ce dernier déclenche une réponse cellulaire souvent transcriptionnelle. L’agent de la coqueluche Bordetella pertussis colonise le système respiratoire supérieur humain. Son régulon de virulence est contrôlé par le système à deux composants BvgAS. A 37°C et en conditions de laboratoire, BvgAS est actif, conduisant à la transcription du régulon de virulence. La phase de virulence Bvg+ est infectieuse. Le passage à la phase Bvg- est déclenché par des modulateurs chimiques négatifs. Bvg pourrait donc être actif ‘par défaut’ et inactivé par des antagonistes au cours du cycle infectieux de B. pertussis. BvgS est un capteur-kinase hybride avec plusieurs domaines cytoplasmiques impliqués dans une cascade de phospho-transferts. Il possède en outre deux domains périplasmiques de type ‘Venus flytrap’ (VFT) et un domaine PAS cytoplasmique qui précède la kinase. Très répandus dans le monde vivant, les domaines VFT sont formés de deux lobes mobiles qui se referment autour d’une cavité après qu’elle ait fixé un ligand. Ces changements de conformation entre formes ouverte et fermée sont utilises pour déclencher le transport ou la signalisation, comme dans le cas des récepteurs ioniques à Glu des eukaryotes supérieurs.   BvgS est le prototype d’une famille de capteurs-kinases à VFT encore peu étudiés. Ces systèmes représentent donc un nouveau paradigme de récepteurs à VFT. 
Nous avons obtenu récemment la structure du domaine périplasmique entier de BvgS, qui montre une nouvelle architecture. Ce domaine est dimérique, avec des interfaces très étendues entre protomères. Nos données préliminaires indiquent que les mouvements de fermeture et ouverture des VFT contrôlent l’activité de BvgS, et que les interfaces entre protomères sont essentielles pour sa fonction. Cette nouvelle structure et les outils mis en place pour étudier la fonction de BvgS nous mettent en bonne position pour déchiffrer les mécanismes moléculaires de la signalisation. Nous utiliserons une approche intégrée combinant analyses fonctionnelles, biochimie, biologie structurale et modélisation. Nous identifierons les régions critiques des VFT qui déterminent la conformation active de la protéine et les mécanismes par lesquels les signaux négatifs sont perçus et transmis, par mutagenèse dirigée et tests fonctionnels en bactérie. La conformation et la dynamique de BvgS et ses mutants seront analysées par cristallographie et par modélisation in silico en utilisant des approches de simulation en dynamique moléculaire et à gros grain. Les simulations seront aussi effectuées sur la protéine avec son segment transmembranaire dans un environnement lipidique.   La topologie et la dynamique du segment transmembranaire et des segments qui lient ce dernier au domaine PAS et le domaine PAS au domaine kinase seront étudiées par une approche biochimique. La fonction et la topologie du domaine PAS seront déterminées. Notre programme permettra de proposer un modèle qui décrit les mécanismes moléculaires de la signalisation dans BvgS, servant de paradigme pour cette famille de capteurs-kinases. Cette étude fondamentale contribuera à élargir les connaissances et la compréhension des systèmes à deux composants bactériens et jettera les bases pour de nouvelles approches thérapeutiques anti-bactériennes très ciblées.