Système à deux composants, Phosphatase, Histidine kinase, Réseaux de régulation, Transcriptome, Virulence, Interaction hôte-pathogène, Résistance aux antibiotiques

Les systèmes à deux composants (SDC) sont un des mécanismes de régulation les plus répandus chez les bactéries. Les SDC sont principalement impliqués dans la réponse aux changements environnementaux, que ce soient des changements physico-chimiques, la présence d'antibiotique, ou lors des interactions hôte-pathogène. Comme leur nom l'indique, les SDC simples sont composés de deux protéines : une histidine kinase (HK) membranaire détectant un signal environnemental et un régulateur de réponse (RR) qui est dans la majorité des cas un facteur de transcription. En présence du signal spécifique, l'HK s'autophosphoryle et transfert le groupement phosphate sur un résidu aspartate conservé du RR permettant son activation et la transcription des gènes cibles. En plus de l'activité activatrice, les HK sont également impliquées dans l'inactivation du RR. Cette inactivation est dépendante de l'activité phosphatase des HK. Le mécanisme et la pertinence in vivo de l'activité phosphatase a historiquement reçu moins d'attention que l'activité activatrice. Des analyses structurales et biochimiques ont proposé un mécanisme conservé de l'activité phosphatase chez les deux familles de HK les plus répandues (HisKA et HisKA_3) dépendant spécifiquement d'un résidu conservé proche du site d'autophosphorylation. En s'appuyant sur le mécanisme proposé, nous avons substitué le résidu prédit comme impliqué spécifiquement dans l'activité phosphatase des 14 HisKA et HisKA_3 de Streptococcus agalactiae (SGB), le principal pathogène responsable d'infections invasives chez le nouveau-né. Les analyses transcriptomiques par RNA-seq ont mis en évidence l'activation des voies de signalisation spécifiques en l'absence de l'activité phosphatase, ceci indépendamment des signaux d'activation. Nous avons ainsi caractérisé avec une haute définition les voies de signalisation et définit des catégories de SDC selon leur spécialisation et leur connectivité. Nous avons complété l'analyse globale par des analyses détaillées mettant en évidence 1) un mécanisme original connectant les systèmes SaeSR à CovSR par l'intermédiaire de l'adhésine PbsP, et 2) le rôle du système BceSR, impliqué dans la résistance aux antibiotiques, dans l'homéostasie de la paroi bactérienne. Notre analyse systématique valide le mécanisme de l'activité phosphatase initialement proposé ainsi que sa conservation. Elle montre aussi les conséquences in vivo de l'abolition de l'activité phosphatase sur l'activation des voies de signalisation. Cette approche, que nous avons appelée HK+, permet d'activer spécifiquement les TCS en l'absence du signal environnemental normalement nécessaire à son activation et se révèle complémentaire, et même plus informative, que les approches traditionnelles utilisant des mutants SDC inactivés. Notre analyse systématique plaide en faveur de l'adoption généralisée de cette approche de gain de fonction pour décrypter la signalisation des SDC chez les espèces modèles et pathogènes.