Systèmes de transport de Francisella et virulence

Afin de se multiplier efficacement, les bactéries sont dans l’obligation de capter des nutriments dans le milieu extérieur. Pour cela, elles doivent posséder des systèmes de transports dédiés permettant aux nutriments de traverser les barrières physiques de la

qu’elle ne sait pas ou difficilement synthétiser, des éléments nécessaires à sa production d’énergie ainsi que des ions. Les bactéries intracellulaires doivent, elles, posséder des systèmes de transports particuliers afin de capter les nutriments présents dans le compartiment cellulaire qu’elles infectent. Ces systèmes doivent être d’autant plus efficaces que la concentration du nutriment dans le milieu est faible.

Chez F. tularensis, trois grands groupes de transporteurs sont retrouvés : Les transporteurs actifs primaires, 21 transporteurs, les transporteurs actifs secondaires, 92 protéines et les canaux ioniques, 5 protéines (voir tableau 11).

Tableau 11 : Transporteurs de F. tularensis. Première colonne : Familles de transporteurs.

Seconde colonne : nombre de transporteurs prédits comme composant cette famille. Troisième colonne : nombre de transporteurs de cette famille identifiés dans des cribles in

vitro et in vivo comme possédant un rôle dans la virulence.

Famille de transporteurs Nombre de transporteurs Nombre de transporteurs identifiés dans des cribles Transporteurs actifs primaires

Famille ABC 21 15

Transporteurs actifs secondaires

Famille MFS 31 18 Famille POT 8 4 Famille APC 11 7 Famille HAAP 6 4 Autres familles 36 17 Canaux ioniques Canaux ioniques 6 4 Autres transporteurs Autres transporteurs 4 2

a. Transporteurs actifs primaires de F. tularensis et virulence Le transport actif primaire utilise l’énergie fournie par l’ATP pour faire traverser la membrane bactérienne aux nutriments. Ils représentent chez Francisella 17,7% des protéines de transport (voir tableau 11). Ces transporteurs actifs primaires sont divisés en 4 familles : les F-ATPases, les P-ATPases, les IISP et les ABC transporteurs. Les ABC transporteurs sont les plus retrouvés chez Francisella (76,2% des transporteurs actifs primaires). Ils peuvent être responsables du transport d’acides aminés, de sucres, de polysaccharides, d’acides gras, de peptides, d’ions ou être impliqués dans l’efflux de composés toxiques (Meibom and Charbit, 2010). Ils sont composés de 12 hélices α, formant un canal dans la membrane. Les transporteurs de la famille ABC sont caractérisés par la présence d’une séquence d’acides aminés appelée « ATP-Binding Cassette », impliquée dans la fixation de l’ATP sur la phase cytosolique de la protéine.

Vingt et une protéines impliquées dans le transport actif primaire ont été mises en évidence dans des cribles comme étant nécessaires à la virulence de Francisella (Asare and Kwaik, 2010; Asare et al., 2010; Kraemer et al., 2009; Maier et al., 2007; Moule et al., 2010; Peng and Monack, 2010; Su et al., 2007; Weiss et al., 2007). Ces protéines, codées par des gènes identifiés dans ces cribles, sont notamment impliquées dans le transport des nitrate/sulfonate/taurine, du manganèse, du zinc, des lipoprotéines, de la putrescine, de la méthionine, de proton, ainsi que dans l’efflux de composés toxiques et dans la résistance au toluène (Meibom and Charbit, 2010). Les gènes codant pour les transporteurs nitrate/sulfonate/taurine, manganèse/ion zinc et méthionine ont été aussi identifiés comme étant régulés positivement lors de l’infection de cellules (Wehrly et al., 2009). Le transporteur, de la famille ABC, de la méthionine FTT_1125 a été identifié à la fois dans des cribles in vitro (Maier et al., 2007) et in vivo (Kraemer et al., 2009; Su et al., 2007), démontrant bien la contribution directe des transporteurs actifs primaires dans la virulence de

F. tularensis.

b. Transporteurs actifs secondaires de F. tularensis et virulence

Les transporteurs actifs secondaires utilisent la différence de potentiel électrochimique de la membrane pour faire transiter les éléments du milieu extracellulaire vers le milieu intracellulaire. Ce type de transporteur est le plus retrouvé chez F. tularensis (75% des

l’antiport et le symport. L’antiport permet la traversée de deux molécules dans deux sens opposés et le symport dans le même sens. Il existe plusieurs sous-familles de transporteurs actifs secondaires : La sous-famille MFS (Major Facilitator Superfamily), représentée par 31 protéines chez Francisella (voir tableau 11 et 12), qui participe au transport de nombreux nutriments dont des acides aminés et des sucres et à l’efflux de molécules toxiques pour la bactérie. On retrouve aussi la sous-famille des transporteurs APC (superfamille des transporteurs Acides aminé/Polyamine/Organocation), qui représente 11 protéines chez F.

tularensis, la sous-famille des perméases pour hydroxy acides aminés aromatiques (HAAAP),

présente au nombre de 7 protéines, et la sous-famille des transporteurs d’oligopeptides dépendant des protons (POT), représentée par 8 protéines (Meibom and Charbit, 2010).

Cinquante deux protéines participant au transport actif secondaire ont été retrouvées dans des cribles in vitro ou in vivo (Asare and Kwaik, 2010; Asare et al., 2010; Kraemer et al., 2009; Maier et al., 2007; Moule et al., 2010; Peng and Monack, 2010; Qin and Mann, 2006; Su et al., 2007; Tempel et al., 2006; Weiss, 2002) et 8 protéines ont été identifiés comme régulées positivement lors de l’infection de cellules (Wehrly et al., 2009) (voir tableau 12).

Le gène gadC, par exemple, qui détermine une protéine prédite comme responsable du transport du glutamate/γ-aminobutyrate appartenant la sous-famille des APC, a été identifié dans 4 cribles différents (Kraemer et al., 2009; Maier et al., 2007; Peng and Monack, 2010; Weiss, 2002). Un travail de recherche effectué dans notre laboratoire (voir annexe 2) a permis de mettre en évidence l’implication de ce transporteur de glutamate dans la résistance au stress oxydatif dans les macrophages (Ramond et al., 2013).

Tableau 12 : Transporteurs actifs secondaires de la famille MFS de F. tularensis et virulence.

En rouge : Transporteurs prédits comme faisant partie de la sous-famille des transporteurs phagosomaux (Pht). D’après (Meibom and Charbit, 2010).

Gène Sous-

Famille

Substrat transporté Données expérimentales

FTT0006 MFS proline/betaine -

FTT0026c MFS efflux drogue, transport du fer Crible (Asare et al., 2010)

Régulé positivement dans les cellules (Wehrly et al., 2009)

FTT0028c MFS efflux drogue, transport du fer Crible (Asare et al., 2010; Moule et al., 2010; Weiss, 2002)

Régulé positivement dans les cellules (Wehrly et al., 2009)

FTT0053 MFS Acide aminé ? Crible (Maier et al., 2007; Moule et al., 2010; Weiss, 2002)

FTT0056c MFS Acide aminé ? Crible (Moule et al., 2010; Peng and Monack, 2010; Qin and Mann, 2006; Weiss, 2002)

FTT0070c MFS Homologue de AmpG Régulé par MglA (Brotcke et al., 2006)

FTT0104c MFS Acide aminé ? Crible (Asare and Kwaik, 2010; Kraemer et al., 2009)

FTT0127c MFS Efflux multidrogue ? Crible (Kraemer et al., 2009)

FTT0129 MFS Acide aminé ? Crible (Asare et al., 2010; Qin and Mann, 2006) FTT0164c MFS Efflux bicyclomycine Crible (Asare et al., 2010)

FTT0280c MFS Efflux multidrogue ? -

FTT0442c MFS Efflux bicyclomycine Régulé négativement dans les cellules (Wehrly et al., 2009)

FTT0444 MFS Efflux tetracycline Crible (Su et al., 2007)

FTT0488c MFS ? Régulé négativement dans les cellules (Wehrly et al., 2009)

FTT0671 MFS Acide aminé ? -

FTT0708 MFS ? Crible (Asare et al., 2010; Su et al., 2007) Régulé positivement dans les cellules (Wehrly et al., 2009)

FTT0719 MFS proline/betaine Crible (Asare et al., 2010) FTT0725c MFS glycerol-3-phosphate Crible (Asare and Kwaik, 2010)

FTT0804 MFS proline/betaine Régulé négativement dans les cellules (Wehrly et al., 2009)

FTT0931 MFS glucose/galactose -

FTT0995 MFS proline/betaine Crible (Asare et al., 2010; Moule et al., 2010)

FTT1148c MFS ? -

FTT1196c MFS proline/betaine Crible (Peng and Monack, 2010) FTT1256 MFS Efflux multidrogue Crible (Asare et al., 2010)

Régulé négativement dans les cellules (Wehrly et al., 2009)

FTT1291 MFS D-galactonate -

FTT1311 MFS Efflux multidrogue Crible (Moule et al., 2010) FTT1473c MFS galactose/proton symport Crible (Asare et al., 2010) FTT1474c MFS galactose/proton symport Crible (Asare and Kwaik, 2010) FTT1683c MFS Efflux multidrogue -

FTT1727c MFS Efflux chloramphenicol Régulé négativement dans les cellules (Wehrly et al., 2009)

FTT1783 MFS proline/betaine Crible (Moule et al., 2010)

c. Transporteurs d’ions et autres transporteurs de F. tularensis Les canaux ioniques permettent le transit rapide des ions d’un côté à l’autre de la membrane dans le sens du gradient électrochimique. Ils jouent ainsi un rôle dans l’homéostasie cellulaire. Chez Francisella, ils sont notamment impliqués dans le transport du potassium, du chlore, du glycérol et du glutamate. Les transporteurs de potassium et de glutamate/chloride ont été identifiés dans des cribles (Asare and Kwaik, 2010; Asare et al., 2010; Weiss, 2002). Ces canaux possèdent donc un rôle dans la virulence de Francisella.

Au niveau des transporteurs non classifiés, les protéines assurant le transit du fer et du nicotinamide ont été identifiées dans des cribles comme étant importantes pour la pathogénicité bactérienne de Francisella (Asare et al., 2010; Moule et al., 2010; Su et al., 2007).