Structure et fonction des toxines bactériennes à domaine FIC

Les protéines à domaine FIC (Filamentation induced by cAMP) sont très répandues chez les bactéries où elles catalysent l’ajout d’une modification post-traductionnelle contenant un phosphate à une protéine cible, en utilisant différents co-substrats comme l’ATP. Certaines de ces protéines sont des toxines sécrétées par des pathogènes humains, mais la fonction de la plupart d’entre elles reste mystérieuse. Plus d’une dizaine de structures de protéines FIC ont été déterminées récemment, qui ont permis d’élucider leur mécanisme catalytique. L’une des sous-familles de protéines FIC possède un glutamate dans leur site catalytique, dont il a été proposé qu’il aurait une fonction auto-inhibitrice pour la fixation de l’ATP. Durant ma thèse, j’ai étudié la structure et les mécanismes de régulation de deux familles de protéines FIC : les protéines FIC à glutamate inhibiteur, et la toxine AnkX de la bactérie pathogène Legionella pneumophila.La première étude s’est intéressée à la protéine FIC de la bactérie pathogène Enterococcus faecalis (EfFIC), qui fait partie de la sous-famille des protéines FIC possédant un glutamate inhibiteur. J’ai résolu plusieurs structures cristallographique d’EfFIC, qui ont permis de caractériser son site catalytique et comment elle fixe l’AMP et l’ADP. En utilisant une propriété fréquemment observée d’auto-AMPylation (modification par l’AMP), j’ai montré au moyen d’ATP radioactif qu’EfFIC possède une activité basale d’auto-AMPylation, et j’ai identifié une nouvelle activité de dé-AMPylation. En m’inspirant des métaux observés dans mes structures cristallographiques, j’ai montré que l’alternance entre les activités d’AMPylation et de de-AMPylation dépend de la nature du métal fixé dans le site actif et de la présence du glutamate. Ce glutamate régulateur est également présent chez une protéine humaine, HYPE, qui possède une double activité d’AMPylation et dé-AMPylation d’ une chaperone du réticulum endoplasmique. Par un test de fluorescence, j’ai enfin montré que l’activité de HYPE était elle aussi régulée par les métaux comme celle de EfFIC. Ces résultats suggèrent un nouveau modèle de régulation partagé par des protéines FIC de la bactérie à l’homme.La seconde étude a porté sur la toxine AnkX de Legionella pneumophila, qui modifie les petites protéines G de la famille de Rab Rab1 et Rab35 (régulatrices du trafic cellulaire) par une molécule de phosphocholine (PC). En utilisant des liposomes de composition contrôlée, j’ai montré qu’AnkX interagit avec les membranes, et j’ai identifié par mutagenèse son domaine d’interaction avec les membranes. Au moyen de petites GTPases Rab ancrées artificiellement à la surface de liposomes par une queue 6his remplaçant le lipide naturel, j’ai montré que l’activité d’AnkX est stimulée par la présence de membranes. Des résultats préliminaires suggérent que Rab35 est un meilleur substrat que Rab1a, ce qui pourrait renseigner sur la fonction et le compartiment cellulaire où se trouve la toxine. J’ai ensuite mené une étude structurale d’AnkX par diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS), qui permet d’obtenir des informations structurales en solution. AnkX est constitué d’un domaine FIC, de répétitions ankyrine et d’un domaine C-terminal. L’analyse en SAXS montre que ces domaines s’organisent en forme de fer à cheval, suggérant un modèle d’association bi-partite du complexe AnkX/Rab aux membranes. L’ensemble de ces résultats conduit à un modèle dans lequel l’activité d’AnkX est régulée spatialement par les membranes, ce qui pourrait lui permettre de cibler à la fois les petites GTPases Rab cellulaires et le compartiment membranaire.