C. Les transporteurs de peptides : les mécanismes non élucidés
3) Streptococcus pyogenes : un rôle majeur d’ Opp et Dpp sur la sécrétion de
Streptococcus pyogenes, également couramment appelé streptocoque du groupe A est une bactérie pathogène majeure pour l'homme. Elle exprime une grande variété de facteurs de
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virulence ancrés ou secrétés, et est à l'origine d'affections diverses comme la scarlatine, la méningite, les infections cutanées, certaines angines, l'érysipèle…
S. pyogenes possède dans son génome un opéron oppA,B,C,D,F ainsi qu’un opéron dppA,B,C,D,E. Chacun de ces transporteurs est fonctionnel et une étude partielle de leur spécificité de substrat a été effectuée par des tests de croissance avec des peptides de 2 à 6 acides aminés (Podbielski et Leonard 1998). Ainsi, il a été mis en évidence qu’un mutant dpp- et qu’un mutant opp- étaient incapables de se développer dans un milieu contenant respectivement un dipeptide et un hexapeptide comme unique source d’un acide aminé essentiel, ce qui montre que les deux transporteurs ont des spécificités différentes.
Plusieurs études ont par la suite associé ces transporteurs de peptides à la virulence de la bactérie.
a. Opp et Dpp sont impliqués dans le sécrétion de facteurs de virulence
Un des premiers phénotypes associé à Opp chez S. pyogenes est une baisse drastique de l’activité protéolytique du mutant opp- (réduction de 50% à 70% de la capacité de la bactérie à dégrader la caséine) (Podbielski et al. 1996). Or chez cette bactérie l’activité protéolytique est essentiellement due à la protéase à sérine sécrétée SpeB, facteur de virulence majeur (Bisno et al. 2003). Il a été ensuite montré par Western-Blot que la production de cette protéase était très affectée chez le mutant opp-. A partir de cette constatation, l’expression de différents gènes connus pour leur implication dans la virulence de S. pyogenes a été comparée entre une souche sauvage et le mutant opp- par RT-PCR semi-quantitative et /ou Northern-Blot (Wang et al. 2005). Si la baisse de l’expression de speB est confirmée au niveau transcriptionnel, il s’avère également que le transporteur de peptides est impliqué dans l’expression d’autres gènes de virulence : le mutant opp- présente en effet une diminution de la transcription du gène speX (codant une protéine superantigénique) et du gène rofA (codant un régulateur transcriptionnel) ainsi qu’une augmentation de la transcription du gène speF (codant une protéine multifonctionnelle ayant entre autres, des activités superantigèniques et nucléases) et des gènes sagA et slo (codant des protéines hémolytiques). Chez S. pyogenes, le transporteur Opp joue donc un rôle complexe dans la régulation de plusieurs facteurs de virulence, provoquant selon le gène considéré, l’induction ou la répression de sa transcription.
Concernant le rôle potentiel de Dpp dans la sécrétion de facteurs de virulence, Podbielski et Leonard ont montré en 1998 par Northern-Blot que tout comme un mutant opp-,
un mutant dpp- présentait une baisse d’expression du gène speB (8 fois moins de transcrits). Les deux transporteurs de peptides semblent donc avoir un rôle similaire concernant la synthèse de cette protéase et il est probable que l’une peut partiellement compenser l’absence de l’autre. Il aurait été cependant intéressant pour appuyer cette hypothèse de mesurer son expression dans un double mutant opp,dpp- pour voir si les effets de chacun des transporteurs s’additionnent (expression de speB quasiment nulle). A noter également que les autres gènes dont l’expression est influencée par Opp (speF, rofA, sagA et slo) n’a pas été mesurée dans le mutant dpp-.
Chez S. pyogenes, Opp et Dpp sont impliqués dans la régulation d’au moins un gène de virulence. Si l’on part de l’hypothèse qu’Opp et Dpp agissent sur l’expression de speB via le même mécanisme et sont capables de se compenser l’un l’autre, il semble peu probable que la régulation se fasse par l’entrée d’un peptide phéromone (type PapR chez B. thuringiensis). En effet, même si l’étude de leur spécificité de substrat est très incomplète, il semble que les transporteurs ne prennent pas en charge les mêmes peptides. Une autre hypothèse pour expliquer ce phénomène serait alors que les deux perméases, en faisant entrer les peptides, modifient le pool intracellulaire d’acides aminés, qui serait lui-même un signal perçu par un ou plusieurs régulateur(s) transcriptionnel(s).
On pourrait même imaginer un système de régulation à double détente : (i) une des perméases fait entrer une phéromone ou des peptides qui modifient le pool intracellulaire d’acides aminés (ii) cette phéromone ou la modification du pool d’acides aminés déclenche la synthèse d’une autre phéromone (iii) la phéromone est internalisée par l’autre perméase et permet la régulation de speB. Ce mode de régulation en deux temps a d’ailleurs déjà été décrit chez S. thermophilus (Ibrahim et al. 2007). En effet, chez cette bactérie lactique, une phéromone, appelée SHP, est sécrétée puis réinternalisée par Opp pour se lier à un régulateur Rgg. Ce régulateur va ensuite induire la transcription d’un autre peptide de 9 acides aminés, Pep1357, qui sera lui aussi secrété dans l’environnement. Rien n’est connu concernant l’activité de ce deuxième peptide mais on peut supposer qu’il pourrait lui aussi agir en tant que phéromone.
b. Opp joue un rôle dans la virulence de S. pyogenes in vivo
Chez S. pyogenes, Opp joue un rôle dans la régulation de l’expression de différents gènes de virulence, provoquant selon les cas soit leur répression soit leur induction. Le rôle
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potentiel du transporteur sur la virulence de la bactérie in vivo a été alors testé sur un modèle murin d’infection par « poche d’air » (Wang et al. 2005). 109 bactéries de souche sauvage ou de mutant opp- ont été injectées dans une poche d’air sous-cutanée et la survie des souris mesurée sur 14 jours. Les résultats obtenus montrent que la souche sauvage provoque 100% de mortalité, contre seulement 8,5% pour la souche opp-. Ce transporteur joue donc un rôle majeur dans les capacités de la bactérie à infecter in vivo dans ce modèle. Ce phénotype important ne s’explique pas par la seule diminution de l’expression de speB montrée auparavant in vitro (Podbielski et al. 1996) puisqu’un mutant speB- dans les mêmes conditions provoque 77,8% de mortalité. Le rôle d’Opp dans la virulence est certainement multifactoriel : régulation de l’expression de plusieurs gènes de virulence, baisse de la capacité de la bactérie à trouver les nutriments nécessaires à son développement… De plus, comme il a été précédemment montré que Dpp avait également un rôle dans l’expression d’au moins un facteur de virulence (Podbielski et Leonard 1998) et qu’il est très probable que ce transporteur soit en partie capable de complémenter l’absence d’Opp, il parait raisonnable de penser qu’un double mutant opp,dpp- entrainerait une mortalité encore plus faible qu’un mutant simple.
Les transporteurs de peptides Opp et Dpp apparaissent donc comme particulièrement importants dans la virulence de S. pyogenes. Il est curieux de noter que contrairement à ce qu’il a été montré chez d’autres streptocoques pathogènes, S. pneumoniae, S. agalactiae et S. gordonii, le système Opp de S. pyogenes n’a aucun rôle sur l’adhérence de la bactérie aux cellules eucaryotes (Podbielski et al. 1996). De même, Opp ne semble pas impliqué dans les capacités de S. pneumoniae à infecter un modèle murin (seulement dans la colonisation du nasopharynx), alors que la baisse de mortalité d’un mutant opp- chez S. pyogenes est très marquée. Il est important cependant de souligner de nombreuses différences entre les modèles utilisés dans les deux cas (infection intranasale et infection par poche d’air, 106 bactéries injectées contre 109 et suivi de la mortalité sur 24 h contre 14 jours, respectivement chez S. pneumoniae et S. pyogenes) qui peuvent rendre l’interprétation des données difficile et pose la question de la pertinence d’une telle comparaison.