La virulence chez Staphylococcus aureus : le système agrBDCA 19 

S. aureus est une bactérie pathogène opportuniste responsable de nombreuses infections, telle que l’endocardite, liées en partie à l’invasion des tissus de l’hôte. Pour contrôler l’expression de la majorité des déterminants impliqués dans son pouvoir pathogène, S. aureus utilise un mécanisme de communication cellulaire connu sous le nom de système agr (accessory gene regulator). Aussi, à forte densité cellulaire, l’expression des protéines de surface (adhésine, protéine A, coagulase, etc.) assurant l’adhésion et la colonisation de la bactérie sera inhibée en faveur de facteurs de virulence (exotoxines, hémolysines, enzymes dégradatives, etc.) nécessaires à la dégradation des tissus et à la dissémination de la bactérie dans l’hôte (Novick, 2003).

Le locus agr consiste en deux unités de transcription divergentes, RNAII (3500 nt) et RNAIII (514 nt), placées sous le contrôle de deux promoteurs appelés respectivement P2 et P3 (Figure 10). L’opéron P2, RNAII ou agrBDCA, code quatre protéines requises pour la synthèse de l’AIP, sa détection et la transduction du signal généré par ce dernier. Les gènes agrD et agrB codent respectivement un propeptide autoinducteur et une endopeptidase transmembranaire requise pour la maturation de l’AIP. En effet, AgrD est codé sous la forme d’un précurseur de 45 acides aminés contenant une séquence signale en N-terminal lui assurant un adressage à la membrane. La protéine AgrB intervient ensuite dans la

Figure 10 – Représentation schématique du système agrBDCA chez Staphylococcus aureus (inspiré de

Novick and Geisinger, 2008 ; Thoendel and Horswill, 2009).

La phéromone codée par le gène agrD est maturée et modifiée, par une endopeptidase membranaire AgrB et une signal peptidase SpsB, au cours de son export. En début de phase stationnaire, AgrD est détecté par son récepteur membranaire AgrC. Cette reconnaissance assure l’autophosphorylation de AgrC et le transfert du phosphate formé au régulateur de réponse AgrA. AgrA~P assure alors l’expression de l’opéron agrBDCA et d’un ARN régulateur RNAIII – contrôlant positivement l’expression de facteurs de virulence et négativement l’expression de protéines de surfaces – en se fixant au niveau des régions promotrices P2 et P3.

maturation du peptide en assurant un clivage côté C-terminal et la formation d’une liaison thioesther entre une cystéine conservée et le groupement carboxyle de la partie C-terminale du peptide. Cette structure une fois obtenue représente la signature du peptide et est essentielle à son activité (Novick and Geisinger, 2008). Plus récemment, le rôle d’une signal peptidase, appelée SpsB, a également été démontré dans la maturation du peptide. Elle assure le relargage du peptide mature dans le milieu extracellulaire suite au clivage de sa séquence signale en N-terminal (Figure 10) (Thoendel and Horswill, 2009). Les gènes agrA et agrC forment quant à eux un système à deux composants où AgrC représente l’histidine kinase et AgrA, le régulateur de réponse. Aussi, à forte densité cellulaire, la liaison du peptide AgrD mature à son récepteur AgrC déclenchera l’autophosphorylation de ce dernier (Mayville 1999). Le phosphate ainsi formé est ensuite transféré au régulateur de réponse AgrA, modulant in fine son état d’oligomérisation. Cette étape requise pour l’activation des promoteurs P2 et P3 assurera la fixation de AgrA dans leur région promotrice sur des régions répétées directes (consensus [TA][AC][CA]GTTN[AG][TG] séparées par une région de 12 à 13 pb) (Koenig et al., 2004; Novick and Geisinger, 2008). L’opéron agrBDCA assure donc son auto-induction tout en régulant positivement l’activité du promoteur P3 codant l’effecteur de réponse du système agr, une molécule d’ARN appelée RNAIII, responsable de la répression des protéines de surfaces et de l’induction des facteurs de virulence (Figure 10) (Novick, 2003). Cet ARN régulateur présente une structure secondaire complexe composée de 14 motifs tige boucle et interfère sur l’efficacité de traduction des protéines cibles (α-hémolysine, protéine A, etc.) ; soit en modifiant la stabilité de leur ARN messager (ARNm), soit en libérant ou masquant les séquences de Shine-Dalgarno et par conséquent le site de fixation des ribosomes. RNAIII agit également sur le régulon Rot (Repressor of toxins) en contrôlant négativement la transcription de ce facteur (Thoendel et al., 2011). Néanmoins, bien que RNAIII soit l’effecteur central du système agr, certains gènes décrits comme importants dans la pathogénicité de la bactérie sont régulés positivement et de manière directe par AgrA. Ces gènes, connus sous le nom de psm (phenol-soluble modulins), codent de petits peptides amphipathiques présentant des propriétés pro- inflammatoires, leucocytolytiques ou encore chimiotactiques (Thoendel et al., 2011). Aussi, la mise en place de la boucle rétro-positive de l’opéron agrBDCA assure et induit le passage de la population à un état de virulence. Son rôle dans la formation de biofilm a également été décrit (Novick and Geisinger, 2008). Enfin, le niveau de transcription de RNAIII est également contrôlé par d’autres régulateurs (tel que SarA) ou par des TCS en réponse à des signaux environnementaux (tels que ArlRS, SrrAB) (Yarwood and Schlievert, 2003).

L’analyse des différents systèmes agr chez les staphylocoques a révélé une variation allélique de la région agrBDC (Figure 10). Ce polymorphisme a conduit à l’identification de

Tableau 3 –Peptides autoinducteurs AgrD connus chez Staphylococcus aureus. AgrD-1 AgrD-2 AgrD-3 AgrD-4

trois groupes (I/IV, II et III) de systèmes agr chez S. aureus et assure, pour un groupe donné, une spécificité de séquence du peptide AgrD et sa reconnaissance par son récepteur apparenté. A l’exemple des peptides AgrD produits par S. aureus (Tableau 3), les peptides AgrD sont relativement hydrophobes, composés de 7 à 9 résidus et présentent des caractéristiques structurales conservées (liaison thioester). Un phénomène de cross- inhibition a par ailleurs été décrit entre ces peptides au niveau intra ou inter-espèces. Aussi, chaque peptide bien qu’activateur des systèmes agr du groupe auquel il appartient, inhibe de manière compétitive les autres systèmes agr. Ce phénomène a été décrit entre les différents peptides AgrD de S. aureus (Wright et al., 2005) et également entre différentes espèces de staphylocoques tels que S. epidermidis et S. aureus (Otto, 2009). Ce phénomène assure par conséquent un avantage compétitif lors de l’infection et la colonisation de l’hôte aux bactéries possédant le même allèle et ayant atteint les premières leur densité critique de population nécessaire au déclenchement de leur système agr. Très récemment, un dipeptide cyclique produit par Lactobacillus reuteri a été décrit comme inhibiteur des systèmes agr chez S. aureus (Li et al., 2011).

Enfin, même s’ils ne seront pas développés, des systèmes orthologues au système agr du genre Staphylococcus ont été décrits chez E. faecalis (système fsr), Lactobacillus plantarum (système lam) et Listeria monocytogenes (système agr). Bien que ces systèmes interviennent tous dans la formation de biofilm, le système fsr et lam ont également été décrits comme impliqués, respectivement, dans la virulence de la bactérie via la production de facteurs de virulence tels que la gélatinase GelE et l’adhérence de la bactérie aux surfaces (Thoendel and Horswill, 2010). Par ailleurs, des analyses de Psi-Blast ont permit d’identifier des systèmes homologues au sein du genre Clostridium et chez quelques espèces appartenant au genre Bacillus (Wuster and Babu, 2008).