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Résumé

En participant à la digestion, la réponse immunitaire ou encore l’infection, les protéases humaines ou microbiennes jouent un rôle critique dans le maintien de l'homéostasie du tractus gastro-intestinal. Outre la dégradation des protéines alimentaires, les protéases bactériennes peuvent intervenir dans les interactions microbiotiques, que ce soit en termes de compétition ou de coopération, mais également contribuer à des problèmes gastro-intestinaux tels que les infections ou les désordres inflammatoires. Des protéases bactériennes d’une grande variété peuvent être sécrétées par le microbiote intestinal, notamment par des autotransporteurs (ATs) du système de sécrétion de type V (T5SS) considérés comme une source primaire de facteurs de virulence. Contrairement aux SPATEs (serine protease ATs of Enterobactericeae), nos connaissances sur les SATs (subtilase ATs) restent lacunaires. Cette première résolution de la structure d’un SAT a permis de révéler une disposition originale comprenant un domaine subtilase unique, comportant trois protubérances autour du site actif impliquées dans les interactions avec le substrat, suivi d'une courte hélice β. L’analyse des relations structure-fonctions a souligné l’importance de cette organisation dans la reconnaissance, la liaison au substrat, et provoquer une toxicité cellulaire. Ces recherches constituent une avancée significative sur la diversité des protéases bactériennes et vers la compréhension des mécanismes moléculaires sous-jacents à la divergence fonctionnelle des ATs.

Résultats

En prenant Ssp (Serratia serine protease) comme modèle de SAT (subtilase autotransporter), la détermination de sa structure tridimensionnelle a révélé une architecture originale et distincte des autres ATs. La triade catalytique est située dans une poche au sommet de l'AT, le domaine catalytique N-terminal de type subtilase étant positionné directement au-dessus d'un domaine C-terminal β-hélicoïdal. La structure de Ssp est stabilisée par trois sites de liaison au calcium et possède un domaine autochaperon impliqué dans son repliement. Comme indiqué par des analyses génétiques fonctionnelles, les trois protubérances entourant le site actif sont impliquées dans la reconnaissance et la liaison au substrat ainsi que la cible cellulaire, et par conséquence dans l’activité cytotoxique de Ssp, mais ne sont pour autant pas nécessaires à son internalisation.

Perspectives

La détermination de la structure de Ssp représente une avancée significative dans la compréhension de l’activité des SATs, notamment par rapport à l’autre grande famille de protéases chez les ATs, les SPATEs (serine protease ATs of Enterobactericeae). En plus des mécanismes moléculaires sous-jacents à la divergence fonctionnelle des ATs, ces travaux s’inscrivent vers une meilleure compréhension du rôle et de la contribution respective des diverses protéases bactériennes dans le TGI animal, humain ou d’autres écosystèmes de la chaîne alimentaire.

Valorisation

Hor L, Pilapitiya A, McKenna JA, Panjikar S, Anderson MA, Desvaux M, Paxman JJ, Heras B. 2023. Crystal structure of a subtilisin-like autotransporter passenger domain reveals insights into its cytotoxic function. Nature Communications. 14: 1163. https://doi.org/10.1038/s41467-023-36719-2

Références bibliographiques

• Rojas-Lopez M, Zorgani MA, Kelley LA, Bailly X, Kajava AV, Henderson IR, Polticelli F, Pizza M, Rosini R, Desvaux M. 2018. Identification of the Autochaperone Domain in the Type Va Secretion System (T5aSS): Prevalent Feature of Autotransporters with a β-Helical Passenger. Frontiers in Microbiology. 8:2607. doi: 10.3389/fmicb.2017.02607
• Henderson IR, Navarro-Garcia F, Desvaux M, Fernandez RC, Ala'Aldeen D. 2004. Type V protein secretion pathway: the autotransporter story. Microbiology and Molecular Biology Reviews. 68:692-744. doi: 10.1128/MMBR.68.4.692-744.2004

Illustration

Structure de Ssp (Serratia serine protease) appartenant à la famille des SATs (subtilase autotransporters). La séquence primaire native de Ssp comprend un peptide signal N-terminal (SP), un domaine passager central, et un domaine translocateur C-terminal. Le domaine subtilase est représenté en bleu, les résidus de la triade catalytique du site actif sont indiqués en rouge. Le domaine de la tige β-hélicoïdale est représenté en jaune. Le domaine autochaperon (AC) est représenté en jaune. Les sphères roses représentent les ions calcium