Les modèles d’assemblage de la pompe tripartite

En absence de structures à haute résolution de la pompe entière, plusieurs modèles d’assemblage ont été décrits sur la base des structures des composants individuels et sur la base de complexes bipartites (CusBA). Deux principaux modèles ont été décrits, le modèle court qui implique l’interaction directe de l’OMF avec le transporteur RND et le modèle long qui implique l’interaction entre l’OMF et le transporteur RND médiée par la MFP (Fig. 56).

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Figure 56 : Modèles d’assemblage de la pompe tripartite. Les modèles vont du modèle court (panneau

supérieur, à gauche), représenté par la pompe AcrAB-TolC, qui présente une interaction directe entre l’OMF (TolC) et le transporteur RND (AcrB), au modèle long (panneau supérieur, à droite), représenté par la pompe EmrAB-TolC, qui présente une interaction indirecte entre l’OMF (TolC) et le transporteur RND (EmrB), médiée par la MFP (EmrA). OM : membrane externe ; IM : membrane interne. (Adapté de Symmons & al, 2015, Frontiers in Microbiology).

4.2.5.1. Le modèle court

Il s’agit du modèle privilégié depuis la résolution de la première structure d’un transporteur RND, AcrB (Murakami & al, 2002). Ce modèle, corroboré par la complémentarité structurale du domaine d’amarrage d’AcrB et de l’extrémité périplasmique

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de TolC, implique un contact direct entre TolC et AcrB au niveau du périplasme. Cette interaction directe a été démontrée grâce à des études d’interaction in vivo par cross-link via des cystéines modifiées des boucles périplasmiques de TolC et des structures β-hairpin d’AcrB (Tamura & al, 2005). Des études de cinétique sont également en faveur de ce modèle car elles montrent que TolC et AcrB peuvent interagir indépendamment d’AcrA (Tikhonova & al, 2011). Cependant, l’incubation simple de TolC avec AcrB, ou encore la co-immunoprécipitation d’OprM en présence de MexB ne produit pas de complexe, même en présence de cross-linkers additionnés pour étudier l’affinité entre les composants (Touzé & al, 2004 ; Ntsogo Enguéné, Verchère & al, 2015). Par conséquent, ceci suggère que les MFPs sont nécessaires pour stabiliser le complexe. Des expériences de cross-link entre TolC et AcrA ont d’ailleurs permis de déterminer la surface d’interaction de TolC avec AcrA (Lobedanz & al, 2007). AcrA se lie aux crevasses (« grooves ») de TolC et permettrait ainsi de rapprocher l’OMF et le transporteur RND dans le modèle court, grâce à sa structure flexible. Des mutants « gain de fonction » de VceC confirment également ce modèle. Des mutations localisées au niveau de l’extrémité périplasmique de VceC (un analogue structural de TolC), notamment la mutation V445E (équivalent du résidu D373 de l’anneau anionique chez TolC, voir § 4.1.2.1) permet d’introduire un anneau anionique similaire à celui de TolC, favorisant ainsi l’interaction de VceC avec la pompe AcrAB (Vediyappan & al, 2006)

4.2.5.2. Le modèle long

Le modèle structural de la pompe entière MexAB-OprM, proposé par Higgins et al (Higgins & al, 2004) est le premier modèle à décrire une absence d’interaction entre l’OMF (OprM) et le transporteur RND (MexB). Ce modèle sera suivi par celui de Xu et al (Xu & al, 2011) qui montre la même absence d’interaction. Les structures de la MFP MacA et du complexe bipartite CusBA, résolues par la suite sont en faveur de ces modèles (Yum & al, 2009 ; Su & al, 2011). MacA forme un cylindre hexamérique dont les diamètres au niveau des domaines α et au niveau des domaines proximaux MP correspondent respectivement au diamètre de l’extrémité périplasmique de TolC et au diamètre du domaine d’amarrage de MacB, suggérant ainsi une interaction indirecte entre l’OMF et le transporteur RND via la

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MFP. La structure du complexe bipartite CusBA montre quant à elle que CusB forme un anneau hexamérique (tout comme MacA) autour de CusA. Le diamètre de cet anneau au niveau des domaines α de CusB est cependant trop étroit pour permettre le passage de l’OMF CusC (qui a une structure similaire à celle de TolC) à travers l’anneau, et donc une interaction directe avec CusA. Cette structure suggère ainsi une interaction entre l’extrémité périplasmique de CusC et l’extrémité des domaines α de l’hexamère formé par CusB. De plus, CusB présente un domaine α court et en extrapolant aux autres MFPs telles que MexA, AcrA, ou encore EmrA, cette observation renforce l’idée que l’OMF n’est pas en contact direct avec le transporteur RND avec ce type de MFP. Car plusieurs MFPs peuvent interagir avec la même OMF, c’est le cas de TolC qui interagit aussi bien avec AcrA qu’avec MacA ou EmrA. Or, ces MFPs présentent des domaines α de longueur variables alors que la surface d’interaction de l’OMF reste inchangée. Dans le cas d’EmrA, qui présente un très long domaine α, la conformation présentant le moins de contraintes pour la MFP correspond à une structure allongée au sein de laquelle il n’y a pas d’interaction possible entre l’OMF et le transporteur RND (Fig. 56) (Symmons & al, 2015). De plus, des structures et des modèles obtenus par cryo-microscopie électronique (Du & al, 2015 ; Daury & al, 2016) ou par coloration négative (Kim & al, 2015) sont en accord avec ce modèle. Elles montrent en effet que l’interaction OMF-MFP est limitée à l’extrémité des domaines α de l’hexamère. En dehors des structures de cryo-microscopie électronique, des études d’interaction par SPR de la pompe de la famille ABC, DevBCA ont également permis de montrer que l’extrémité des domaines α de DevB est requise pour l’interaction avec TolC (Staron & al, 2014), confirmant ainsi l’interaction médiée par la MFP.

Ces observations posent la question de l’existence concomitante des deux conformations, suggérant ainsi que l’une ou l’autre de ces conformations pourrait correspondre soit à un état fonctionnel, soit à un état transitoire de la pompe.

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