Des arbalètes bactériennes aux pointes effilées empoisonnées
Schéma du Système de sécrétion de Type VI (SST6)
De nombreuses bactéries sont dotées d’une structure en forme d’arbalète pour “transpercer” d’autres cellules et les tuer. Des scientifiques de l’EPFL ont découvert la structure de la pointe d’une arbalète et ont élucidé son fonctionnement.
De nombreuses bactéries utilisent des complexes multiprotéiques appelés systèmes de sécrétion lorsqu’elles infectent d’autres cellules, ou qu’elles cherchent à se défendre contre les attaques des cellules immunitaires. Ces systèmes de sécrétion agissent comme de minuscules tubes qui acheminent les protéines “effectrices” toxiques et l’ADN directement à l’intérieur de la cellule cible, que ce soit une autre bactérie, une plante, un animal ou des cellules humaines, par ex. celles de notre système immunitaire. Le Système de sécrétion de Type VI (SST6) est le plus polyvalent de tous les systèmes de sécrétion connus, mais la façon dont il effectue la sélection et l’injection de ces protéines effectrices dans la cellule cible reste à ce jour un mystère. Dans la revue Nature, des scientifiques de l’EPFL et de la Harvard Medical School répondent à ces deux interrogations.
Certaines des maladies les plus dévastatrices au niveau mondial comme la pneumonie, le choléra, le tétanos ou la syphilis sont causées par des infections bactériennes. La plupart des organismes possèdent néanmoins des mécanismes de défense pour parer à ces invasions bactériennes à l’instar des cellules de notre système immunitaire qui attaquent les micro-organismes inconnus et potentiellement menaçants. Mais les bactéries peuvent attaquer ce système de défense grâce à des systèmes de sécrétion : les complexes multiprotéiques (c.-à-d. des complexes composés de plusieurs protéines) permettant aux bactéries d’injecter des protéines effectrices toxiques dans les cellules cibles pour les tuer.
L’un de ces systèmes de sécrétion, le SST6 est un organite cytoplasmique répandu qui ressemble à une arbalète microscopique dotée d’un complexe protéique en forme de flèche à l’extrémité. L’arbalète est entourée d’un tube externe qui a la forme d’un ressort comprimé. Lorsqu’une bactérie porteuse du système de sécrétion SST6 est attaquée par nos cellules immunitaires, le tube externe en forme de ressort comprimé se relâche et propulse le tube interne vers la bactérie.
The team of Petr Leiman at EPFL, en collaboration avec John Mekalanos from Harvard Medical School, ont déterminé pour la première fois la composition complète de la pointe de la flèche de la protéine SST6 et ils ont démontré la manière dont elle agit. Grâce à la cristallographie aux rayons X, à la bio-informatique et à des expériences in vivo sur les bactéries pathogènes, les chercheurs ont trouvé que des protéines d’une nouvelle espèce appelées PAAR-repeat domains forment un tube dont la pointe effilée située à l’extrémité de la flèche SST6 ne mesure seulement qu’un atome de diamètre. Les auteurs suggèrent que cette pointe effilée est essentielle pour que l’injection soit efficace à l’intérieur des membranes de la cellule cible.
Les chercheurs ont aussi découvert que les protéines PAAR-repeat domains ont la capacité d’accrocher de nombreuses protéines effectrices toxiques à la pointe de l’arbalète de façon à la rendre empoisonnée. De plus, la base plate de la pointe de la flèche de l’arbalète reliée à la protéine SST6 permet à différentes protéines PAAR de s’y attacher. Ces deux caractéristiques font de la protéine SST6 une arme vraiment polyvalente.
Cette étude passionnante montre que les protéines effectrices toxiques font réellement partie de la pointe de l’arbalète et qu’elles sont injectées dans la cellule cible au moyen d’un seul acte soudain et bref, une contraction du tube externe (le processus ne dure que quelques millisecondes). Elle montre également que la pointe du SST6 peut être empoisonnée par de multiples cellules effectrices, chacune dotée d’une fonction toxique différente. Selon Petr Leiman : “Cette nouvelle découverte des équipes Leiman et Mekalanos montre que le SST6 est une machine microscopique remarquable qui rassemble à la fois des objets dont l’évolution est issue de la nature à l’instar de la pointe venimeuse d’un oursin, que des objets fabriqués par l’homme comme des missiles à ogives multiples indépendamment guidées.”