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Membranes mammifères Membranes bactériennes

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Cholestérol Phospholipides zwitterioniques

Introduction

IV.3.6 Sélectivité cellulaire

Les approches pour explorer la spécificité cellulaire du LL-37 et la compréhension

moléculaire de l’interaction des PAM avec les membranes impliquent généralement une

modélisation de la membrane bactérienne et eucaryote (Wimley et Hristova, 2011). L’étude

de la sélectivité cellulaire des PAM est un concept complexe qui nécessite la considération de

divers facteurs dont la charge, la composition et la distribution lipidique et la rigidité (stérols)

de la membrane (Sevcsik et al., 2008 ; Alba et al., 2012). Les LPS (Gram négatif) et les acides

teïehoiques (Gram positif) chargés négativement contribuent à l’interaction favorable du

peptide cationique avec la membrane bactérienne par opposition aux membranes humaines

qui sont généralement non chargées ou composées de lipides zwitterioniques comme la

phosphatidylcholine et les sphingolipides. La présence de cholestérol dans les membranes

eucaryotes, qui a pour fonction de stabiliser la membrane, protège les membranes humaines

de l’attaque par le LL-37 (Sood et Kinnunen, 2008). Le potentiel de membrane (potentiel

transmembranaire) des bactéries est significativement plus négatif (-130 à -150 mV) que celui

de cellules mammifères (-90 à -110 mV) et peut contribuer à une plus grande affinité des

PAM pour ces membranes (Yeaman et Yount, 2003).

Malgré les études sur bicouches lipidiques en faveur d’une préférence du LL-37 pour

les membranes bactériennes (Neville et al., 2006 ; Zhang et al., 2010), la spécificité du LL-37

à distinguer les cellules eucaryotes et bactériennes est relativement faible (Vandamme et al.,

2012). Le peptide LL-37 peut donc aussi être toxique sur les cellules eucaryotes. Cependant

les concentrations cytotoxiques sont généralement plus élevées que les concentrations

requises pour éliminer le pathogène (Kai-Larsen et Agerberth, 2008).

IV.4 DES PEPTIDES QUI CONTOURNENT LA RESISTANCE

BACTERIENNE

Les antibiotiques modernes sont sujets à de sévères et croissants problèmes de

résistance (Falconer et al., 2011 ; Fabbretti et al., 2011). Face à l’apparition de souches

multirésistantes aux antibiotiques conventionnels, les PAM suscitent un intérêt majeur, une de

leur principale force étant de contourner la résistance aux antibiotiques conventionnels.

Malgré quelques moyens mis en jeu par les bactéries pour résister à l’attaque par les PAM, de 49

nombreuses études soulignent la difficulté pour la bactérie de développer une résistance à

long terme envers ces derniers.

Leur potentiel à surmonter la résistance bactérienne repose sur le fait qu’ils sont

d’anciens composants des espèces vivantes et leurs voies d’induction dans tous les

organismes sont conservées (Shai, 2002). Vraisemblablement, les bactéries ont été exposées

aux PAM pendant des millions d'années et, à l'exception de quelques espèces comme

Burkholderia spp (Loutet et Valvano, 2011), aucune résistance généralisée n’a été signalée.

Ceci explique que ces peptides sont potentiellement des points de départ rationnels pour la

conception de médicaments (Fjell et al., 2012). Contrairement aux PAM, les antibiotiques

conventionnels n’endommagent pas la membrane bactérienne directement mais pénètrent au

niveau de l’organisme cible et agissent sur des cibles spécifiques, comme l’inhibition de la

synthèse du peptidoglycane membranaire, l’induction d’autolysines intrinsèques, la cassure de

l’ADN suite à l’inhibition de l’ADN gyrase, l’arrêt de la division cellulaire etc. (Hancock et

Rozek, 2002). Dans de telles conditions, la morphologie bactérienne est préservée et les

bactéries sont capables de développer un mécanisme de résistance. Au contraire, la plupart

des PAM interagissent avec le pathogène par un mécanisme non spécifique via des structures

physiologiques fondamentales peu susceptibles de développer une résistance. Ils perturbent,

perméabilisent et infligent des dommages difficiles à réparer au niveau de la membrane de la

cellule cible, une structure hautement conservée à travers les générations. Pour développer

une résistance envers les PAM, la bactérie devrait entreprendre un changement en profondeur

de sa structure membranaire. Ce profond changement serait l’objet d’un trop long processus et

a peu de chances d’apparaître (Lai et Gallo, 2009 ; Vandamme et al., 2012). De plus,

contrairement aux antibiotiques modernes qui ont un nombre très limité de cibles, les PAM

exercent leur pouvoir antimicrobien via de multiples cibles réduisant les chances pour le

pathogène de développer une résistance. Ainsi, une mutation qui supprimerait une cible

d’action, laisserait encore la possibilité au peptide de tuer la bactérie par les autres voies

d’action (Yeung et al., 2011 ; Jorge et al., 2012).

Les études de développement de la résistance bactérienne sont en accord avec ces

observations. Des souches cliniques de P. aeruginosa ont été exposées pendant 30 passages

en présence de PAM ; la CMI pour la plupart des peptides n’était que 2 à 4 fois plus

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envers ces PAM et le rôle intéressant des peptides dans le traitement des infections chez les

patients atteints de mucoviscidose (Zhang et al., 2005). Steinberg et ses collègues démontrent

que la résistance de la protégrine-1 est plus difficile à sélectionner que la résistance aux

antibiotiques classiques comme la norfloxacine et la gentamicine (Steinberg et al., 1997).

Navon-Venezia et ses collaborateurs démontrent que l'exposition répétée de bactéries à Gram

positif à différents PAM dérivés de la dermaseptine n'a pas modifié la CMI de manière

significative après plusieurs passages bactériens contrairement aux antibiotiques

commerciaux (Navon-Venezia et al., 2002).

Il faut également souligner que les infections persistantes sont liées à la formation

d’un biofilm dont l’éradication est un procédé plus difficile principalement à cause de la

matrice d’exopolysaccharides entourant les cellules. De plus, les bactéries au sein du biofilm

adoptent un état de croissance lent et deviennent métaboliquement non actives. La plupart des

antibiotiques conventionnels ne seront donc pas actifs sur les cellules du biofilm, leur cible

primaire étant les cellules métaboliquement actives (Chau, 2010). Par leur mécanisme

d’action non spécifique sur la membrane, les PAM sont capables d’agir sur ces cellules

métaboliquement non actives et à croissance lente.

IV.5 DES PEPTIDES MULTIFONCTIONNELS

L’intérêt suscité par les PAM comme nouvelle approche thérapeutique contre les

infections bactériennes est en partie attribué à leur double rôle biologique. Les PAM

possèdent des propriétés antimicrobiennes importantes mais sont également des composés

immunomodulateurs, deux actions complémentaires pour certains PAM.

L’activité antibactérienne des cathélicidines a été établie peu après la découverte de

cette classe. Ces peptides fournissent une protection envers une large variété de pathogènes

comprenant des bactéries à Gram positif et négatif (Bucki et al., 2010 ; Vandamme et al.,

2012). Le peptide LL-37 possède entre autres une activité puissante envers E. coli (Smeianov

et al., 2000), K. pneumoniae (Smeianov et al., 2000), P. aeruginosa (Travis et al., 2000), S.

aureus (Travis et al., 2000), S. typhimurium (Turner et al., 1998), les streptocoques du groupe

A (Dôring et al., 2001) et N. gonorrhoeae (Bergman et al., 2005). Contrairement aux

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