Les bactéries responsables de maladies, appelées pathogènes, développent diverses stratégies pour exploiter les cellules humaines comme hôtes à leur propre avantage. Une équipe de biologistes de l’Université Heinrich Heine de Düsseldorf (HHU), ainsi que des professionnels de la santé et des experts en détermination de structure et en imagerie, ont découvert les stratégies d’attaque employées par la bactérie Chlamydia pneumoniae (en abrégé : C. pneumoniae).
Dans leur article publié dans Communications naturellesils décrivent les mécanismes moléculaires utilisés par la bactérie.
Les chlamydia infectent les cellules hôtes humaines et animales. C. pneumoniae, par exemple, se transmet par infection par gouttelettes et attaque les voies respiratoires, provoquant une bronchite, de l’asthme ou une pneumonie. Les agents pathogènes sont cependant également liés à des affections secondaires telles que la maladie d’Alzheimer, la maladie de Reiter, l’artériosclérose et le cancer du poumon.
Au HHU, le groupe de recherche dirigé par le professeur principal Dr Johannes H. Hegemann de l’Institut de génomique microbienne fonctionnelle a examiné les mécanismes d’infection de la bactérie.
Le groupe de Hegemann a travaillé avec le Centre d’études structurales (CSS), le Centre d’imagerie avancée (CAi) et l’Institut de biochimie et de biologie moléculaire II de la Faculté de médecine (groupe de recherche dirigé par le professeur Dr Reza Ahmadian).
Pour la première fois, les chercheurs ont décrit les méthodes structurelles et fonctionnelles utilisées par C. pneumoniae pour pénétrer dans la cellule humaine : il imite les structures moléculaires de la cellule humaine (« mimétisme moléculaire ») et les utilise pour son attaque.
La bactérie ne peut se reproduire qu’à l’intérieur d’une cellule hôte. Pour y parvenir, il doit inciter la machinerie de transport de la cellule à l’incorporer dans l’hôte – autrement connu sous le nom d’endocytose. Dans ce processus, la membrane cellulaire se courbe vers l’intérieur pour entourer les petits morceaux de matière à transporter dans la cellule, puis bourgeonne à l’intérieur de la cellule pour former une vésicule entourée d’une membrane contenant la matière.
L’élément critique du processus est le cytosquelette d’actine interne de la cellule, qui fournit l’énergie nécessaire à l’endocytose. Le processus est déclenché par la liaison de la protéine humaine Cdc42 à un activateur spécifique (N-WASP).
Auteur principal Fabienne Kocher, Ph.D. en biologie. étudiant et membre de la Manchot Graduate School « Molécules d’infection IV », explique comment C. pneumoniae détourne l’endocytose à ses propres fins. « Une fois que l’agent pathogène s’est lié à l’extérieur de la cellule humaine, il injecte la protéine chlamydiale ‘SemD’ dans son futur hôte. La SemD se lie ensuite de l’intérieur à la membrane de la vésicule qui se forme, activant le cytosquelette d’actine de sorte que le La membrane plasmique engloutit entièrement le gros Chlamydium.
Cela modifie l’endocytose au profit de la bactérie, car le processus n’est normalement pas destiné au transport de structures aussi grandes qu’une bactérie entière.
Le professeur Hegemann, auteur correspondant de l’étude, déclare : « Nous voulions savoir comment les différentes structures moléculaires interagissent entre elles et comment les Chlamydia se sont développées pour infecter les cellules humaines le plus efficacement possible. La protéine bactérienne SemD est en effet parfaitement adaptée à N. -WASP : La section clé où il se lie à N-WASP ressemble exactement à Cdc42 et se lie encore mieux que l’activateur normal Cdc42. »
Le professeur Ahmadian de la Faculté de médecine ajoute : « Nous avons également pu montrer que SemD déplace même Cdc42, qui s’est déjà lié au N-WASP, afin qu’il puisse ensuite se lier. »
Pour permettre la détermination de la structure, les chercheurs ont cultivé de minuscules cristaux de SemD avec N-WASP, puis ont examiné la structure. L’équipe dirigée par le professeur Dr. Sander Smits du CSS en était responsable. « Pour réaliser ces mesures complexes, des équipements techniques de pointe et, surtout, du personnel correspondant sont nécessaires. Cette concentration d’équipements d’infrastructure et de compétences en personnel n’est pas possible dans tous les laboratoires. Des centres spéciaux, comme le CSS, ont été créés par HHU – sont nécessaires.
Kocher déclare : « Nous espérons pouvoir développer à l’avenir des agents capables d’empêcher cette interaction hautement spécifique entre les protéines bactériennes et humaines, et ainsi bloquer les infections par C. pneumoniae. »
Plus d’informations :
Fabienne Kocher et al, L’effecteur SemD de Chlamydia pneumoniae exploite la machinerie endocytaire de son hôte par mimétisme structurel et fonctionnel, Communications naturelles (2024). DOI : 10.1038/s41467-024-51681-3