Les domaines VFT impliqués dans la signalisation

a. Interaction d’un domaine VFT soluble avec un système de transduction de signal

Après fixation de leur ligand, certains domaines VFT solubles vont interagir avec des protéines membranaires comme des domaines senseurs de système à deux composants ou encore des récepteurs de la chimiotaxie pour enclencher une signalisation.

Le système LuxPQ de Vibrio harveyi est impliqué dans le quorum sensing. Après la fixation de AI-2, un auto-inducteur à LuxP, un domaine VFT soluble, le complexe ainsi formé va interagir avec la portion périplasmique du senseur-kinase LuxQ pour inactiver la kinase (pour plus de détails, voir la partie V.B.1.c.) (Neiditch et al., 2006).

Le régulon phosphate chez E. coli est dépendant du système à deux composants PhoBR où PhoR est le senseur-kinase et PhoB le régulateur de réponse agissant comme un activateur transcriptionnel. Le domaine VFT PstS permet l’importation du phosphate inorganique extracellulaire grâce à son interaction avec le système de transport PstABC. En plus de son rôle dans le transport de phosphate, le système Pst est requis pour la transduction de signal dépendant du phosphate. En effet, des mutations au niveau des gènes de l’opéron pst induisent une expression constitutive du régulon Pho, indépendamment de la quantité de phosphate environnemental disponible. Il a été proposé que le système Pst transmettrait le signal au

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senseur-kinase PhoR grâce à une interaction entre ces deux ensembles protéiques (Tam and Saier, 1993; Hsieh and Wanner, 2010; Crépin et al., 2011).

Chez Agrobacterium tumefaciens, la protéine ChvE de liaison de substrat appartenant au transporteur de sucre GguAB, participe à la chimiotaxie mais également à l’induction de la virulence. ChvE fixe des monosaccharides et transmet le signal au système à deux composants VirA/VirG. L’activation du senseur-kinase va permettre l’expression des gènes de virulence (Tetsch and Jung, 2009).

Chez E. coli, le système MalEFGK permet l’importation du maltose. MalE présente également une fonction sensorielle dans la chimiotaxie en interagissant sous sa forme ligandée fermée avec le chimiorécepteur Tar (Fig. 33). L’interaction entre MalE et Tar induit la transition du récepteur d’une forme ordonnée, caractéristique d’un état tendu, à une forme désordonnée relâchée. Cette dernière conformation du chimiorécepteur prévient l’autophosphorylation de la kinase CheA et par conséquent la phosphorylation du régulateur de réponse CheY (Tetsch and Jung, 2009).

Figure 33 : Représentation schématique de l’interaction de MalE avec le chimiorécepteur Tar. Cette fixation permet l’état relâché du récepteur Tar prévenant ainsi l’autophosphorylation de CheA et induisant la nage des bactéries. Le maltose agit alors comme un attractant. Extrait de Tetsch and Jung, 2009.

Chez B. pertussis, un système TTT permet l’incorporation de citrate dans le cytoplasme de la bactérie. Il s’agit du système BctCBA, BctC est la protéine périplasmique, BctA et B sont des composants membranaires (Fig. 34). L’importation de citrate est permise par l’interaction entre BctC ligandé et son système de transport. L’expression de l’opéron bctCBA est induite en présence de citrate dans le milieu. Il a été montré que la protéine BctC ligandée, interagit également avec le domaine périplasmique de BctE, le senseur-kinase du système BctDE, pour permettre l’expression de l’opéron bctCBA (Antoine et al., 2005).

Figure 34 : Représentation schématique de l'interaction de BctC avec le senseur-kinase BctE pour permettre la régulation de l'expression des gènes codant pour le système d'import de citrate. Extrait de Tetsch and Jung, 2009.

b. VFT, domaine à part entière des systèmes à deux composants

Des domaines VFT sont retrouvés dans la portion périplasmique de certains senseurs-kinases. Ainsi, BvgS est le prototype pour une large famille de senseurs-kinases présentant des domaines VFT (Fig. 35). Cette famille comprend plus de 5000 membres prédits dont certains

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sont trouvés dans des microorganismes pathogènes tels que Pseudomonas aeruginosa, Vibrio

cholerae, Yersinia enterocolitica et Borrelia burgdorferi (Dupré et al., 2015a).

Figure 35 : Représentation schématique de la diversité des senseurs-kinases présentant des domaines VFT. Dans la superfamille, 30% des senseurs-kinases présentent un seul domaine VFT tandis que seulement 4% en comptent 3 et plus. Les différents domaines cytoplasmiques pouvant être retrouvés dans ces senseurs-kinases (HK représente le module kinase) sont illustrés (PAS, GAF, R pour le régulateur de réponse et HPt). TMH représente le domaine transmembranaire. Extrait de Jacob-Dubuisson et al., 2012.

Nous illustrerons cette famille par quelques exemples.

Le système EvgAS semble impliqué dans la résistance au stress acide chez E. coli. En effet l’activation de ce système à deux composants se ferait en présence de hautes concentrations en métaux alcalins ainsi qu’à de faibles pH (Eguchi and Utsumi, 2014). Il semblerait que les domaines périplasmiques soient impliqués dans la perception de ces stimuli pour permettre l’activation de EvgS (Johnson et al., 2014). EvgS présente une architecture semblable à celle de BvgS et est également sensible aux mêmes molécules que ce dernier (Utsumi et al., 1994).

Le système KvgAS de Klebsiella pneumonia, un pathogène opportuniste, est un homologue de BvgAS présentant environ 42% de similarité de séquence. Ce système semble participer à la réponse au stress oxydant ainsi qu’à une limitation en fer (Lai et al., 2003). Il semblerait également que KvgAS joue un rôle dans la virulence bactérienne (Lawlor et al., 2005).

Photorhabdus luminescens est une bactérie pathogène d’insecte qui forme une

symbiose avec des nématodes appartenant au genre Heterorhabditis. Le cycle de vie de cette bactérie est composé de deux stades, l’un symbiotique et l’autre pathogénique et inclut une variation phénotypique unidirectionnelle qui est contrôlée par le système à deux composants

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AstRS. Ce dernier est impliqué dans l’adaptation à la phase stationnaire. Les protéines appartenant à son régulon participent à des systèmes de transport d’électrons, du métabolisme énergétique, de l’acquisition de fer et des réponses aux stress (Derzelle et al., 2004).

La régulation de l’expression des gènes impliqués dans la virulence de Vibrio cholera est dépendante du système VieSAB. VieS est le senseur-kinase dont la séquence est homologue à celle de BvgS, et qui est impliqué dans la phosphorylation de VieA, le régulateur de réponse. Ce dernier présente un domaine EAL phosphodiesterase impliqué dans l’hydrolyse du c-di-GMP. Le second régulateur de réponse, VieB ne présente pas de domaine de liaison à l’ADN mais contient un domaine phospho-receveur ainsi qu’un motif particulier connu pour être impliqué dans les interactions protéine-protéine. Des hypothèses sur le fonctionnement de ce système ont été proposées. Ainsi, VieS sentirait des signaux spécifiques de son hôte et grâce à la phosphorylation de VieA, pourrait initier des changements dans le profil d’expression des gènes importants pour la colonisation (Martinez-wilson et al., 2008).

Borrelia burgdorferi présente un système à deux composants HpK1/Rrp1 qui régule

l’expression de gènes requis pour l’adaptation à la disponibilité en nutriments et à la survie dans les tiques. Ces gènes sont impliqués dans le métabolisme central, les mécanismes de virulence ainsi que l’évasion du système immunitaire. Le régulateur de réponse Rrp1 présente un domaine GGDEF conservé impliqué dans la production du c-di-GMP (Rogers et al., 2009). Le senseur kinase HpK1 porte trois domaines VFT (Bauer et al., 2015).

Yersinia enterocolitica présente un système à deux composants, YsrRS, permettant

l’activation des gènes codant l’appareil de sécrétion de type III Ysa ainsi que ses effecteurs. Le NaCl serait perçu comme un signal activateur pour l’expression des gènes du régulon YsrRS. Ce senseur-kinase est dépourvu de domaine HPt terminal et donc pour permettre la cascade de phosphorylation jusqu’au régulateur de réponse, un domaine HPt soluble est nécessaire, YsrT (Walker et al., 2010).

Ainsi grâce au panel d’exemples choisis, nous avons pu mettre en évidence la diversité des stimuli perçus et les processus régulés par ces systèmes à deux composants appartenant à la famille de BvgS. Notons que pour de nombreux systèmes, aucune information n’est disponible sur la nature des stimuli perçus. Les senseurs-kinases peuvent présenter plusieurs domaines VFT au niveau de leur région périplasmique, allant de 1 à 5, suggérant une régulation complexe dépendant de la perception possible de plusieurs signaux.