Chapitre 3. Le cycle de vie des phéromones chez Streptococcus thermophilus
3.7. Mécanismes de quorum sensing chez S. thermophilus
3.7.1. La production du streptide contrôlée par le mécanisme Rgg 1358 /SHP 1358
L’identification des petits gènes (sORFs) codant pour des peptides par l’expérimentation ou in silico est
très complexe. Pourtant l’intérêt des petits peptides souvent codés par des petits gènes dans la
communication bactérienne est bien connu (Partie 2.1). En 2007, l’utilisation d’un outil bio-informatique
appelé « SHOW » (Nicolas et al., 2002) adapté à l’annotation des petits gènes a permis d’identifier une
nouvelle famille de séquences codant des peptides de 20 à 30AA de nature hydrophobe donc appelé
« Short hydrophobic peptide » (SHP) dans les génomes de streptocoques. Ces petits gènes sont adjacents
à des gènes rgg codant des régulateurs transcriptionnels de la famille Rgg (Ibrahim et al., 2007a). Ce
régulateur initialement identifié chez Streptococcus gordonii pour contrôler la transcription d’un gène
codant une glycosyltransférase était considéré comme fonctionnant de manière autonome (Sulavik et al.,
1992).
La validation fonctionnelle de cette nouvelle famille de peptide-régulateur a été fournie par la même
équipe. En effet, il a été montré qu’une phéromone appelée SHP
1358codée par un petit gène, shp1358,
est synthétisée sous forme de précurseur. La protéase Eep mature la phéromone et le transporteur Ami
re-internalise la phéromone mature. A forte densité cellulaire, la phéromone mature SHP
1358est détectée
par son régulateur cytoplasmique Rgg
1358dont le gène est adjacent au sORF shp1358. Cette association
mène à l’activation de la production d’un peptide cyclique appelé Pep1357c dans la souche LMD-9 de
S. thermophilus. Dans le cycle de vie de cette phéromone, le transporteur impliqué dans la sécrétion ainsi
que l’ordre entre les étapes de la maturation et de la sécrétion restent à identifier. Concernant la fonction
de ce mécanisme de QS, la détection de ce peptide cyclique de 9 AA aussi appelé streptide de séquence
AKGDGWKVM dans le surnageant de la souche LMD-9, a permis de mettre en évidence une
modification post-traductionnelle originale impliquant une lysine et un tryptophane et est décrite pour
la première fois (Ibrahim et al., 2007b ; Fleuchot, 2011). Même si la fonction biologique de ce streptide
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reste à identifier, sa structure cyclique unique catalysée par une enzyme de la famille S-adénosyl
Méthionine (SAM) connue pour un large éventail de réactions a donné naissance à une nouvelle famille
de peptides avec le motif de cyclisation KXXXW réparti dans plusieurs espèces bactériennes telles que
L. lactis, S. agalactiae, Streptococcus suis (Ibrahim et al., 2007b ; Schramma et al., 2015). Depuis,
plusieurs petits peptides synthétisés par les ribosomes et modifiés par des enzymes à radical SAM ont
été décrits. L’intérêt pour l’identification des structures et des fonctions de ces peptides « naturels »
regroupés au sein d’une famille appelé RiPPS pour « ribosomally synthesized and post-translationally
modified peptides » ne cesse de grandir. La recherche de molécules naturelles à effet bactéricide ou à
effet bénéfique pour la santé est un des moteurs qui ne cesse d’agrandir cette famille (Arnison et al.,
2013 ; Holliday et al., 2018; Merwin et al., 2020). La Figure 21 illustre le mécanisme de QS de
Rgg
1358/SHP
1358.L’analyse phylogénétique des régulateurs Rgg a montré qu’ils sont retrouvés chez les firmicutes mais
les régulateurs Rgg associés aux SHP se trouvent principalement dans le genre streptococcus (Fleuchot,
2011). La Figure 22 illustre cet arbre phylogénétique. L’analyse phylogénétique des protéines Rgg a
identifié trois groupes distincts parmi les régulateurs Rgg/SHP. Les SHP associés aux Rgg de groupe I
et de groupe II ont généralement un glutamate et une aspartate conservés respectivement avec une
position divergente entre les gènes de shp et de rgg. Tandis que les SHP associés aux Rgg de groupe III
ont soit un glutamate soit un aspartate conservés et le gène shp est situé en aval du gène rgg (Ibrahim et
al., 2007a ; Fleuchot, 2011). Parmi les génomes de streptocoques séquencés, la majorité code au moins
un système SHP/Rgg et la plupart en code plusieurs exemplaires. Dans le génome de la souche LMD-9
de S. thermophilus six systèmes de Rgg/SHP ont été identifiés et deux ont été étudiés et validés selon le
modèle décrit sur la Figure 21. Ce sont les systèmes Rgg
1358/SHP
1358du groupe II décrit plus haut et le
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D’autres systèmes ont ensuite été étudiés chez des streptocoques pathogènes comme les systèmes
SHP
2/Rgg
2et SHP
3/Rgg
3avec des effets antagonistes sur la formation de biofilms chez S. pyogenes et
SHP/RovS impliqué dans la pathogénicité chez S. agalactiae. Les mécanismes sont tout à fait similaires
à ceux décrits chez S. thermophilus (Chang et al., 2011 ; LaSarre et al., 2012 ; Pérez-Pascual et al., 2015).
Figure 21. Le mécanisme de QS contrôlé par Rgg1358/SHP1358. La phéromone SHP1358 synthétisée
sous forme de précurseur (1) est maturée par la protéase Eep et sécrétée vers le milieu par un mécanisme
inconnu (2). A la suite de sa re-internalisation par le transporteur Ami (3), la phéromone mature est
détectée par son régulateur Rgg1358 (4). Le couple Rgg/SHP active l’expression du gène shp et des trois
gènes cibles avec la région promotrice en rouge. Ce mécanisme de QS active la production de streptide
sous forme de précurseur linéaire (A) qui sera cyclisé entre une lysine et un tryptophane par l’enzyme à
radical SAM (B) pour être sécrété (C) par le transporteur dédié. D’après Fleuchot, 2011.
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La résolution de la structure de forme apo d’un régulateur Rgg a montré une organisation similaire à
celle des autres régulateurs transcriptionnels de la famille RNPP avec un domaine de liaison à l’ADN
en région N-terminale et un domaine TPR en région C-terminale confirmant l’appartenance des Rgg à
la famille structurale des RRNPP. L’absence de structure de complexe binaire (Rgg/phéromone) ou
ternaire (Rgg/phéromone/ADN) ne permet pas la compréhension du mécanisme d’activation de ce type
de régulateur (Parashar et al., 2015).
Dans le document
Rôle clé du transporteur PptAB dans le quorum sensing chez Streptococcus thermophilus
(Page 76-79)