Synthèse des protéines, Ribosome, Antibiotiques, Facteurs de traduction ABC-F, Peptide leader, Cryo-EM

Les antibiotiques sont des molécules organiques de faible poids moléculaire surtout connues pour leur usage en santé humaine. Au cours des dernières décennies, de nombreux facteurs anthropiques ont conduit à une dissémination massive de souches bactériennes résistantes aux antibiotiques constituant ainsi une menace importante pour notre arsenal thérapeutique. Parmi la grande diversité de mécanismes de résistance aux antibiotiques, la protection de la cible de l'antibiotique par l'intermédiaire d'un facteur (factor-associated protection) a récemment retenu l'attention de la communauté scientifique. Les protéines de la famille ABC-F sont des facteurs de traduction présents chez les bactéries et les organismes eucaryotes à l'exception des archées. Ces facteurs possèdent deux cassettes liant l'ATP et utilisent l'hydrolyse de ce dernier pour assurer leurs fonctions biologiques. Au sein de cette famille ABC-F, certains membres nommés antibiotic resistance ABC-Fs (ARE ABC-Fs) emploient le mécanisme de factor-associated protectionpour conférer la résistance à de nombreux antibiotiques ciblant le ribosome. Bien que certains ARE ABC-Fs aient été caractérisés structurellement, le mécanisme moléculaire par lequel ils confèrent la résistance une fois fixés au ribosome ne fait pas encore consensus. En outre, l'implication des cassettes hydrolysant l'ATP n'est pas totalement comprise et il en va de même pour la régulation des gènes encodant ces facteurs en présence d'antibiotiques. Au cours de mon travail doctoral combinant microbiologie, biologie moléculaire, biochimie et biologie structurale, la régulation et la fonction du facteur de traduction ARE ABC-F MsrD en réponse à certains antibiotiques ont été étudiées. D'une part, j'ai démontré que le gène msrD disséminant majoritairement chez les streptocoques est inductible par la présence de certains antibiotiques de la famille des macrolides. Ce gène est régulé par un atténuateur transcriptionnel intrinsèque sous le contrôle de l'ORF msrDL. Cette ORF encode un peptide leader de six acides aminés qui est capable, en présence de certains macrolides, d'inhiber sa propre synthèse. Ainsi, l'arrêt ligand-dépendent du ribosome sur l'ORF msrDL empêche le repliement du terminateur intrinsèque, le gène msrD étant ainsi transcrit. D'autre part, afin de comprendre le mécanisme moléculaire d'arrêt sur l'ORF msrDL, j'ai obtenu la structure d'un ribosome à l'échelle quasi-atomique traduisant cette ORF en présence d'érythromycine par microscopie électronique cryogénique. Cette structure révèle qu'en présence d'une molécule d'érythromycine fixée dans le tunnel du ribosome, le peptide leader MsrDL reconnaît cette dernière en interagissant par des interactions hydrophobes et est contraint de s'engager dans une cavité du tunnel non-décrite dans la littérature. Ce faisant, MsrDL stabilise plusieurs nucléotides composant le site catalytique du ribosome dans un état inactif conduisant à un arrêt de la traduction. Enfin, j'ai démontré que la dynamique de l'interaction du facteur de traduction MsrD avec le ribosome est dictée par ses deux cassettes liant l'ATP qui sont fonctionnellement asymétriques. Cela m'a conduit à proposer un nouveau mécanisme de résistance où MsrD dissocierait les ribosomes bloqués par l'antibiotique. J'ai également prouvé que, en présence d'antibiotique, MsrD est capable de réguler sa propre expression par l'intermédiaire d'une boucle de rétroaction négative. En outre, des essais préliminaires afin d'obtenir la structure de MsrD fixé au ribosome bactérien ont été initiés.