Inhibition de la synthèse d’auto-inducteur

L’inhibition de la synthèse d’AI semble être une approche simple pour bloquer le système QS afin de contrôler les infections et la formation de biofilm chez les bactéries. En effet, si aucun signal n’est synthétisé, il n’y a aucune possibilité de liaison au récepteur et les gènes sous contrôle du QS ne sont donc pas exprimés. Bien que les approches d'inhibition de la synthèse du signal soient beaucoup moins nombreuses que les deux autres citées ci-dessus,

cette approche est réalisable et efficace à la fois in vitro et in vivo pour plusieurs types d'auto-inducteurs (LaSarre and Federle, 2013).

4.1.1. Inhibition de la synthèse d’AHL

Puisque la molécule d’AHL est synthétisée à partir de SAM et d’acyle-ACP sous l’action de LuxI, l’inhibition de la production de ce signal pourrait théoriquement se faire par interférence avec la biosynthèse de SAM et d'acyle-ACP ou l’inactivation de l'enzyme synthase LuxI (Parsek et al., 1999; Hoang and Schweizer, 1999; Watson et al., 2002; Geske et

al., 2008; Chung et al., 2011; Bouyahya et al., 2017). Parsek et al ont montré qu’un analogue de SAM comme la S-adénosylhomocystéine (Figure 37A) pourrait inhiber l’activité de l’homologue LuxI (RhlI) chez P. aeruginosa, à plus de 97% (Parsek et al., 1999). D’autre part, l’étude de Hoang et Schweizer (Hoang and Schweizer, 1999) s’est focalisée sur FabI (énoyl-ACP réductase), une enzyme bactérienne impliquée dans la phase finale de la biosynthèse d’acyle-ACP. Les auteurs dans cette étude ont montré que le triclosan (un biocide) (Figure 37B) inhibe la synthèse de C4-HSL chez P. aeruginosa par inhibition de FabI et qu’une mutation de fabI permet de diminuer à 50% la synthèse de C4-HSL. De plus, certaines molécules naturelles ont été identifiées pour leur activité inhibitrice de la synthèse d’AHL telles que la naringinine (Figure 37C) appartenant à la famille des flavanones (un sous-groupe de flavonoïdes) qui peut réduire la production de la pyocyanine et de l’élastase en inhibant la synthèse de de la 3-oxo-C12-HSL et de la C4-HSL chez P. aeruginosa (Bouyahya et al., 2017).

Figure 37. La structure moléculaire de (A) S-adénosylhomocystéine, (B) triclosan et (C) naringinine.

4.1.2. Inhibition de la synthèse d’AI2

La molécule signal AI2 est produite par les cellules bactériennes à partir du précurseur SAH par l’action de deux enzymes qui fonctionnent d’une manière successive. La nucléosidase Pfs qui génère le SRH à partir de SAH et le LuxS qui clive l’homocystéine à partir de SRH pour donner le DPD (précurseur d’AI2 qui est instable et réalise alors une réaction de cyclisation spontanée en donnant l’AI2) (Figure 38) (Challan Belval et al., 2006).

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L’inhibition de la synthèse d’AI2 pourrait donc se faire par l’inhibition de l’action de l’un de ces deux enzymes (Roy et al., 2011). Dans ce paragraphe, seule l’inhibition de LuxS est discutée. Le cas de Pfs sera discuté dans le paragraphe suivant du fait de l’implication de cette enzyme dans la synthèse de deux types d’auto-inducteurs AHL et AI2.

Les études concernant l’inhibition de LuxS sont peu nombreuses. Alfaro et al ont publié en 2004 la première étude d'inhibition in vitro de LuxS par l’utilisation de deux analogues de SRH, la S-anhydroribosyl-L-homocystéine et la S-homoribosyl-L-cystéine qui interfèrent avec le mécanisme catalytique de LuxS (Alfaro et al., 2004). Après cette étude, plusieurs analogues SRH ont été développés (Shen et al., 2006; Wnuk et al., 2009; Malladi et

al., 2011; Chbib, 2017). Les inhibiteurs les plus efficaces sont l’acide amino-4-[(2R,3S)-2,3-dihydroxy-3-N-hydroxycarbamoylpropylmercapto] butyrique et l’acide (2S)-2-amino-4-[(2R,3R)-2,3-dihydroxy-3-N-hydroxycarbamoylpropylmercapto] butyrique (Shen et

al., 2006).

4.1.3. Inhibition de la synthèse d’AHL et d’AI2 par inhibition de Pfs

Les deux auto-inducteurs AHL et AI2 sont synthétisés à partir de SAM par deux chaines des réactions enzymatiques différentes. Pfs est une enzyme impliquée dans ces deux voies de synthèse (figure 38) (Bassler, 2002) : dans le cas d’AHL, c’est le Pfs qui clive l’adénine à partir de methylthioadénosine (MTA), un produit secondaire de l’action de LuxI sur la SAM et est connu comme un inhibiteur de la voie de synthèse d’AHL. Dans le cas d’AI2, Pfs est l’enzyme responsable de la génération de SRH (substrat de LuxS) à partir de SAH.

Figure 38. les voies de synthèse d’AHL et d’AI2 à partir de SAM et l’implication de Pfs dans ces deux voies de

synthèse (Bassler, 2002).

Un inhibiteur de Pfs pourrait alors inhiber la production d’AHL et d’AI2, mais il pourrait aussi interférer avec des voies métaboliques importantes dans la cellule bactérienne telles que la voie de la synthèse de polyamines et la régénération de la méthionine dans

laquelle le MTA et la SAH produits peuvent avoir des effets toxiques (Figure 39). Ceci entraînerait une inhibition de la croissance cellulaire et un possible développement de résistance bactérienne contre cet inhibiteur (Schauder et al., 2001; Parveen and Cornell, 2011).

Figure 39. Implication de Pfs dans la voie de la synthèse de polyamine (Schauder et al., 2001).

Des analogues MTA ont été identifiés comme des inhibiteurs de Pfs. Comel et al ont démontré que des MTA acyle ou aryle substitués tels que le 5′-(p-nitrophenyl)thioadenosine (Figure 40A) peuvent agir comme des inhibiteurs puissants de Pfs (Cornell et al., 1996). D’autre part, des analogues d’adénosine tels que l’immuciline A (Figure 40B) et ses dérivés peuvent inhiber à la fois la synthèse d’AHL et d’AI2 en interférant avec le Pfs. Cet effet a été observé chez de nombreuses bactéries pathogènes telles que E. coli entérohémorragique, V.

cholerae et P. aeruginosa (Gutierrez et al., 2009; Chan et al., 2015). Récemment, Yadav et al ont montré que la sinefugine (Figure 40C), un analogue commercial du SAM, inhibe la synthèse d’AI2 chez Streptococcus pneumoniae en diminuant à la fois l’expression de Pfs et de LuxS. Ceci entraine une inhibition de la formation de biofilm in vitro et de la colonisation

in vivo chez S. pneumoniae (Yadav et al., 2014)

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