Les systèmes de sécrétion

Pour revue : (Miller, Zulauf et al. 2017)

Le Système Sec

Le système Sec est l’un des mécanismes les plus conservés parmi les bactéries. Il permet la translocation des protéines du cytoplasme au travers de la membrane plasmique. Chez les mycobactéries il existe deux systèmes de translocation homologues appelés SecA1 et SecA2. SecA1 est essentiel à la survie des mycobactéries mais SecA2, non essentiel pour la croissance en condition de laboratoire, est requis sous certaines conditions spécifiques de stress et serait lié à la virulence des bactéries pathogènes. SecA1 participe à l’export de la majeure partie des protéines alors que SecA2 exporte un plus petit sous-ensemble de protéines. Ces deux systèmes de translocation ont des fonctions qui leur sont propres. En effet des mutants de délétion de SecA1 et de sur-expression de SecA2, ou inversement, montrent que les systèmes ne peuvent se substituer.

Le système dit général est appelé Sec et permet la translocation des protéines non foldées possédant un signal peptide (SP) en N-ter. Il existe deux types de SP, type I ou type II, qui se différencient par leur

73 site de clivage (Figure 22). Le type II contient une région en C-ter du SP appelée « lipobox » composée de quatre acides aminés. La séquence consensus de cette lipobox est : [LVI]-[ASTVI]-[GAS]-C, avec la cystéine conservée. Ces SP sont clivés par des signal peptidases appelées LepB pour SP-I et LspA pour SP-II, situées côté extra-cytoplasmique (ou périplasmique) de la membrane plasmique pour permettre le relargage de la protéine qui adoptera par la suite sa conformation mature. Les protéines exportées par le système Sec peuvent rester au sein de l’enveloppe ou être sécrétées. Les protéines passent au travers du canal membranaire formé par les protéines SecY, SecE et SecG (Figure 22). D’autres protéines membranaires composent ce système, SecD, SecF et YajC, et améliorent l’export. Ce système Sec est aussi impliqué dans l’adressage et l’insertion de protéines membranaires au sein de la membrane plasmique et requiert une protéine ribonucléique appelée SRP (Signal Recognition Particule). Cette protéine SRP reconnait les domaines transmembranaires des protéines et via FtsY

livre la protéine au système SecYEG (Figure 22).

Figure 22 : A gauche : Les deux types de peptide signal (SP) permettant l’export / l’adressage vers le système Sec. A droite en haut : Les systèmes Sec homologues retrouvés chez les mycobactéries SecA1 à gauche et SecA2 à droite permettant l’export des protéines. A droite en bas : Le système Sec et ses protéines accessoires, SRP et FtsY, permettant l’insertion des protéines membranaires au sein de la membrane plasmique. Adapté de (Miller, Majewski et al. 2004; Green and Mecsas 2016)

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Système Tat

Le système Tat (twin arginine protein transport) contribue à la virulence, à la résistance aux médicaments ainsi qu’à la survie des mycobactéries, mais contrairement au système Sec il n’est pas retrouvé dans toutes les bactéries. Le système Tat transloque les protéines foldées ou pré-foldées et parfois sous forme oligomérique, parfois liées à des cofacteurs rédox (comme le coenzyme F420, le FAD par exemple) au travers de la membrane plasmique. Les protéines dirigées vers le système Tat ont aussi un SP en N-ter contenant un motif invariable qui est la double arginine (R-R) d’où le système tient son nom, et un site de clivage en C-ter du SP. Comme pour le système Sec il existe deux types de site de clivage : type I et type II (lipobox) (Figure 23) et le système Tat est essentiel à la survie de M.

tuberculosis (McDonough, Hacker et al. 2005). La présence du motif R-R-x-[FLGAVM]-[LITMVF] au sein

du SP des protéines définit leur export via un système Tat. Comme pour E. coli, le système Tat est composé de trois protéines que sont : TatA, TatB et TatC (Figure 23). Toutes les trois sont des protéines membranaires connues pour être localisées au sein de la membrane plasmique, TatA et TatB sont homologues et présentent un domaine transmembranaire et TatC en possède six. TatB et C forment un complexe sur lequel viennent se fixer les pré-protéines ce qui permet le recrutement de TatA. TatA formerait le canal d’export des pré-protéines en formant des homo-oligomères. La force proto-motrice permet l’export des pré-protéines via TatA dirigées ensuite vers des signal peptidases de type I (LepB) ou II (LspA) selon la nature du SP présent sur la pré-protéine.

Ce système de translocation Tat n’est pas retrouvé dans les cellules de mammifères ce qui fait de lui une bonne cible potentielle pour le développement d’antituberculeux.

Figure 23 : Les deux types de peptide signal (à gauche) retrouvés pour le système de sécrétion Tat représenté à droite. SP : signal peptidase, PMF : force proton motrice. Adapté de (Ligon, Hayden et al. 2012).

75 Ces deux systèmes, Sec et Tat, opèrent de façon indépendante malgré la similarité de structure de leurs SP. La prise en charge des protéines dans le périplasme vers leur localisation finale, (paroi, mycomembrane, capsule ou sécrétion) n’est pas connue, des protéines chaperonnes pourraient être mises en jeu.

Systèmes ESX

Pour revues : (Groschel, Sayes et al. 2016), (Ligon, Hayden et al. 2012) et (Bosserman and Champion 2017)

Il existe d’autres systèmes de sécrétion chez les mycobactéries, indépendants des systèmes Sec et Tat, tels que les systèmes ESX (ESX-1 à ESX-5) (Figure 24 a). ESX pour ESAT-6 secretion systems, ESAT-6 (early secreted antigenic target 6) étant le premier substrat de ces systèmes découvert. ESAT-6 est une protéine de faible poids moléculaire (environ 6 kDa) retrouvée dans le milieu de culture de M.

tuberculosis. Cette protéine serait en interaction avec CFP-10 (culture filtrat protein de 10 kDa) aussi

membre de la famille ESX et présentant des propriétés antigéniques. Les gènes de ces deux protéines sont retrouvés dans la région RD1 de M. tuberculosis, région portant des gènes importants pour la virulence de la bactérie (Figure 24 a).

Les composants généralement conservés des systèmes ESX sont les protéines Ecc (ESX conserved components) et de petites protéines sécrétées Esx. Les protéines composant le core de ces systèmes sont les 5 protéines membranaires EccB, EccC, EccD, EccE et MycP (Figure 24 c) qui est une mycosine sérine protéase. Mis à part ces composants conservés, les systèmes ESX varient selon l’espèce tant au niveau de leur fonction que de leur composition génétique (Figure 24 a). Ces systèmes ESX sont aussi appelés T7SS pour Type VII Secretion Systems et sont impliqués dans différents processus biologiques ainsi que dans les interactions hôte-pathogène puisqu’ils possèdent diverses fonctions dans la physiologie et/ou dans la virulence de la bactérie. Ces systèmes sont impliqués dans l’export et/ou la sécrétion des protéines appartenant aux familles : Esx, Esp et PE/PPE (Majlessi, Prados-Rosales et al. 2015) mais pas uniquement. Les protéines ESAT-6 like comportent une centaine d’acides aminés et possèdent le motif « WXG », elles sont aussi appelées WXG-100. Ces protéines WXG-100 sont sécrétées par les T7SS et ne possèdent alors pas de SP tels que ceux retrouvés pour les systèmes de sécrétion Sec ou Tat.

Les propriétés des différents systèmes ESX sont résumées dans le tableau suivant. Les cinq systèmes sont retrouvés chez la plupart des bactéries pathogènes.

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Système Propriétés

ESX-1 Lié à la composition lipidique et au métabolisme

Par exemple EccA1 : promeut la biosynthèse des acides mycoliques

Chez M. smegmatis, la délétion de ESX-1 induit une variation de l’expression de métabolites impliqués dans la biogénèse de la paroi (arabinogalactane, peptidoglycane, acides mycoliques et arabinomannane)

La délétion/introduction des gènes de ESX-1 induit des changements de morphologie/phénotype des colonies bactériennes ce qui suggère un rôle dans la biogénèse des couches externes de la cellule

Impliqué dans la virulence des bactéries pathogènes

Essentiel pour la résistance et l’évasion de la bactérie de la cellule hôte. Il induit la rupture phagosomale et relargue des produits bactériens (comme l’ADN par exemple) dans le cytosol de la cellule hôte induisant la réponse immunitaire innée

Rôle important dans la pathogénicité de la tuberculose active et semble être nécessaire à la virulence du bacille

Chez M. smegmatis, ESX-1 coordonne la communication entre les bactéries, notamment dans le transfert de matériel génétique

ESX-2 Retrouvé seulement chez les bactéries à croissance lente Peu d’informations disponibles

ESX-3 Décrit comme étant un système de sécrétion permettant l’import de métaux via des sidérophores, comme le fer pour M. smegmatis et le zinc et fer pour

M. tuberculosis

Chez M. tuberculosis, ESX-3 a un rôle dans la virulence, en présentant son substrat EsxH qui interagit directement avec la cellule hôte afin de prévenir la présentation aux antigènes et la maturation phagosomale durant

l’infection.

ESX-4 Chez M. smegmatis, ESX-4 coordonne la communication entre les bactéries, notamment dans le transfert de matériel génétique

ESX-5 Impliqué dans la virulence des bactéries pathogènes

Retrouvé uniquement chez les mycobactéries à croissance lente Impliqué dans l’acquisition des nutriments essentiels à la survie de la bactérie dans le phagocyte

Rôle dans la perméabilité de la bactérie, notamment au niveau de la

mycomembrane et permet l’import de nutriments, acides gras ou encore de phosphate

Impliqué dans la résistance à un antibiotique, l’ofloxacine, en réduisant la perméabilité de l’enveloppe et donc le passage des molécules

Sécrète des protéines spécifiques aux mycobactéries appelées PE/PPE (PE (Pro-Glu) et PPE (Pro-Pro-Glu) adressées à la surface cellulaire

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