Voie de biosynthèse du lipopolysaccharide

La biosynthèse du lipopolysaccharide comporte deux voies distinctes, la première voie aboutit à la synthèse d’une première entité composée du complexe lipide A-noyau. Quant à la deuxième

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voie, elle permet de synthétiser l’antigène O qui sera greffé à l’extrémité distale du noyau externe du complexe lipide A-noyau et ainsi former une structure LPS complète (Raetz, Reynolds et al. 2007, Whitfield and Trent 2014).

a) Le lipide A

La structure lipide A-acide 3-déoxy-D-manno-oct-2-ulosonique (Kdo2) représente la forme

minimale du lipide A requise pour la viabilité des bactéries à Gram-négatif (Whitfield and Trent 2014). Cette structure est synthétisée en neuf étapes, appelées la voie de Raetz (Whitfield and Trent 2014). La voie de biosynthèse du lipide A est fortement conservée chez les bactéries Gram- négatif (Whitfield and Trent 2014).

Cependant, la structure finale du lipide A est relativement dynamique et les chaines d’acide gras qui la compose peuvent varier ou subir des modifications sous l’influence de stress environnementaux (Raetz, Reynolds et al. 2007). En effet, plusieurs modifications peuvent survenir telles que : (i) modification ou enlèvement du ou des groupements phosphates (ii) addition, enlèvement et modification des chaines d’acides gras. Ces modifications permettent un remodelage rapide de la membrane externe qui ne requiert pas une nouvelle synthèse du lipide A (tableau 1) (Raetz, Reynolds et al. 2007, Whitfield and Trent 2014). À titre d’exemple, chez E.

coli, l’enzyme LpxP est activé lorsque la température est en dessous de 12°C. Cette enzyme

remplace le résidu lauréate (C12) par un acide gras mono-insaturé, le palmitate (C16:1) (Vorachek-Warren, Carty et al. 2002). Cette substitution permet à la bactérie d’ajuster la fluidité membranaire et une meilleure adaptation aux basses températures. D’autres exemples sont présentés dans le tableau 1.

21 Tableau 1. Modifications de la structure du lipide A et leurs conséquences.

Organismes Type de modification Conséquences Références

E. coli N. meningitidis C. jejuni Addition du groupement phosphoéthanolamine Résistance à la colistine et à la polymyxine

Rôle dans la motilité

(Liu, Wang et al. 2016) (Wanty, Anandan et al. 2013)

(Fage, Brown et al. 2014)

E. coli S. enterica C. jejuni H. pylori

Addition du groupement 4-amino-4- déoxy-L-arabinose ou phosphoéthanolamine

Réduction de la charge nette négative Résistance aux peptides antimicrobiens

(Trent, Ribeiro et al. 2001) (Gunn, Ryan et al. 2000) (Herrera, Hankins et al. 2010)

(Cullen, O'Brien et al. 2013) (Tran, Whittimore et al. 2006)

H. pylori Ajout d’un groupement phosphate et deux chaines acides gras

Diminution de l’hydrophobicité Résistance à la calprotectine Formation du biofilm

(Cullen, Giles et al. 2011)

E. coli Addition d’un résidu palmitate Augmente la fluidité membranaire

Tolérance aux basses températures

(Vorachek-Warren, Carty et al. 2002)

E. coli S. enterica C. jejuni

B. bronchiseptica

Ajout d’un palmitate Résistance aux peptides antimicrobiens (Bishop, Gibbons et al. 2000) (Guo, Lim et al. 1998)

E. coli P. aeruginosa K. pneumoniae S. Typhimurium

Ajout d’un palmitate Persistance et échappement au système immunitaire

Formation de biofilm

(Chalabaev, Chauhan et al. 2014)

B. bronchiseptica; Bordetella bronchiseptica, C. jejuni ; Campylobacter jejuni, H. pylori ; Helicobacter pylori, K. pneumoniae; Klebsiella pneumoniae, N. meningitides; Neisseria meningitidis, P. aeruginosa ;Pseudomonas aeruginosa, S. enterica; Salmonella enterica, S. Typhimurium;Salmonella Typhimurium

22 b) Antigène O

Le lipide A-noyau oligosaccharidique est synthétisé à l’interface cytoplasme-membrane interne puis transporté à travers la membrane interne par un transporter de type ABC (Doerrler, Gibbons et al. 2004). Ce transporteur comporte une enzyme jouant le rôle d’une flippase, MsbA, qui est responsable de la translocation du lipide A-noyau à la membrane interne (Doerrler, Gibbons et al. 2004). C’est dans le périplasme qu’est associé le complexe lipide A-noyau à l’antigène O (Whitfield and Trent 2014). Cependant, comme pour le lipide A, la biosynthèse de l’antigène O débute du côté cytoplasmique (Whitfield 1995) dans lequel les précurseurs nucléotidiques de l’antigène O sont créés à l’aide des lipides porteurs (carrier), appelés, undécaprényl phosphate (und-P). Und-P sont attachés à la membrane interne coté cytoplasmique et permettent la synthèse des unités répétées de l’antigène O (unité O). Chez A. pleuropneumoniae sérotype 1, un locus comprenant 18 cadres ouverts de lecture (ORF) et impliqué dans la biosynthèse de l’antigène O a été identifié. (Labrie, Rioux et al. 2002). Certains de ces ORFs codent pour des glycosyltransférase (ORF12) et rhamnosyltransférase (ORF16 et 17) impliqués dans le processus de biosynthèse de l’antigène O (Labrie, Rioux et al. 2002). Ces ORFs ont également été retrouvés chez les sérotypes 9 et 11 d’A. pleuropneumoniae (Labrie, Rioux et al. 2002). Le mutant O antigène 44.1 utilisé lors des travaux de cette thèse est le résultat d’une mutation de l’ORF16 codant pour une rhamnosyltransférase, RfbN (Rioux, Galarneau et al. 1999, Labrie, Rioux et al. 2002).

Le processus d’export peut se faire via trois voies : (i) voie Wzy dépendante (ii) voie ABC transporteur dépendante et (iii) voie de synthase dépendante (Whitfield 1995). Ces trois voies

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sont différentes, mais ont deux points en communs : une réaction d’initiation similaire qui se déroule dans le cytoplasme et un processus de ligation similaire qui a lieu dans le périplasme (Whitfield 1995).

La voie de biosynthèse de l’antigène O, Wzy dépendante, serait utilisée chez A.

pleuropneumonaie sérotypes 3, 8 et 15 puisque chez ces derniers les gènes wzx, wzy et wzz ont

été détectés (Xu, Zhou et al. 2008).

Chez le sérotype 1 d’A. pleuropneumoniae, deux ORFs, 10 et 11 ont de fortes homologies de séquence avec des gènes codant pour des protéines de la famille ABC transporteurs (Labrie, Rioux et al. 2002) ce qui laisse envisager que les souches de ce sérotype utilisent la voie ABC transporteur dépendante pour la biosynthèse et le transport de l’antigène O. Cette voie est destinée aux polysaccharides linéaires sans résidus latéraux (Whitfield 1995). La polymérisation dans cette voie a lieu au niveau cytoplasmique, une fois terminée, les chaines d’antigène O seront transportées au périplasme par l’intermédiaire des protéines Wzt et Wzm qui codent respectivement pour une protéine de transport ATP dépendante et la protéine transmembranaire (Whitfield 1995). Le gène codant pour la protéine Wzm a été identifié chez les sérotypes 1, 9 et 11 chez A. pleuropneumoniae (Labrie, Rioux et al. 2002, Xu, Chen et al. 2010).

Finalement, le transport du lipopolysaccharide du périplasme à sa position finale au niveau de la membrane externe se fait selon un modèle impliquant des ponts protéiques, appelés ponts périplasmiques, qui sont des sites de contacts entre les membranes interne et externe et sont impliqués dans l’assemblage de différents constituants de la membrane externe (Tefsen, Geurtsen et al. 2005). Il a été démontré que ces ponts périplasmiques impliquent, le complexe protéique Lpt (Sperandeo, Cescutti et al. 2007, Simpson, May et al. 2015), ce dernier est important pour le transport du lipopolysaccharide à la surface de plusieurs bactéries Gram-négatif (Braun and Silhavy 2002, Bos, Tefsen et al. 2004, Putker, Bos et al. 2015).

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