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Accueil > Départements > Biochimie, Biophysique et Biologie Structurale > Herman VAN TILBEURGH : Fonction et Architecture des Assemblages Macromoléculaires

Etude de protéine-kinases bactériennes atypiques

Principal Investigator : Sylvie Nessler

Etudiants

Vanesa Olivares-Illana (postdoc 2007-2009), Jakub Gruszczyk (phD 2007-2010), Rosa Grenha (posdoc 2011-2012), Andrea Cavagnino (postdoc 2012-2014), Ela Saric (master, 2015)

Collaborations

- Dr. Christophe Grangeasse (Bactéries Pathogènes et Phosphorylation des Protéines, Institut de Biologie et Chimie des Protéines, 69367 Lyon, France)
- Pr. Ivan Mijakovic (Systems and Synthetic Biology, Chalmers University of Technology
412 96 Göteborg, Sweden)

Projet

La phosphorylation des protéines est une modification post-traductionnelle ubiquitaire utilisée dans la transduction du signal et la régulation cellulaire dans toutes les formes de vie. En ce qui concerne les Ser/Thr kinases, les eucaryotes et les bactéries partagent la même famille des kinases de type Hanks. Cependant, en ce qui concerne la phosphorylation des tyrosines, les bactéries ont développé une famille de kinases idiosyncrasique, nommées BY-kinases. Elles ont originellement été désignées comme des polysaccharides co-polymérases en raison de leur rôle dans la biosynthèse des polysaccharides de la capsule. Cette activité est liée à l’autophosphorylation d’un cluster de tyrosines conservé à l’extrémité C-terminale. Des résultats récents ont toutefois indiqué que les BY-kinases possèdent de multiples rôles dans la physiologie cellulaire. Elles participent à plusieurs aspects de la régulation cellulaire bactérienne (la production de polysaccharides capsulaires et extracellulaires, la réponse au stress, le métabolisme de l’ADN) et leur spécificité de substrat a été montré être régulée par des régulateurs transmembranaires et cytoplasmiques selon les cas. Plus important encore, les BY-kinases sont jouent un rôle essentiel dans les fonctions de virulence des bactéries pathogènes et elles représentent des cibles prometteuses pour de nouvelles molécules inhibitrices ciblant un certain nombre de bactéries infectieuses.
D’un point de vue structural, le site actif des BY-kinases est constitué d’un motif de fixation des nucléotides de type P-loop. Ceci est exceptionnel car, chez les eucaryotes, les protéines à P-loop agissent comme ATP/GTPases et kinases de petits métabolites, mais pas en tant que protéines kinases. Chez le protéobactéries, les BY-kinases sont des protéines transmembranaires. Chez les firmicutes, le domaine régulateur transmembranaire est exprimé par un gène distinct (figure 1). Nous avons démontré que la BY-kinase CapB de S. aureus s’autophosphoryle de façon hétérogène sur le cluster de tyrosine C-terminal (Figure 2). La structure cristalline de la forme phosphorylée d’une chimère active CapA(Cter)-CapB active (1) nous a permis de déchiffrer le mode d’activation du régulateur CapA. La structure cristalline de la forme non phosphorylée de la chimère CapAB a révélé la formation d’un octamère en forme d’anneau et le mécanisme d’autophosphorylation intermoléculaire a pu être déterminé (figure 3). La conservation de ce mécanisme moléculaire a été confirmée par l’analyse structurale de la BY-kinase Wzc d’E. coli. Une fois autophosphorylées, les BY-kinases phosphorylent des NDP-sucre déshydrogénases impliquées dans la biosynthèse des précurseurs de polysaccharides de la capsule bactérienne. La structure cristalline de CapO, un substrat de CapB, a révélé le mécanisme de régulation par phosphorylation. Nous focalisons maintenant notre analyse structure-fonction sur d’autres substrats endogènes impliqués dans divers processus cellulaires et sur de nouveaux régulateurs cytoplasmiques des BY-kinases.

Figure 1 : Transmembrane proteins BY-kinases
Figure 2 : BY-kinase CapB from S. aureus autophosphorylates
Figure 3 : crystal structure of the non-phosphorylated form of the CapAB chimera

Financements

- ANR Tyr-Phos.net (2010-2014) I. Mijakovic, C. Grangeasse, S. Nessler, MF Noirot-Gros
- ANR Phospho-Virul (2005-2008) S. Nessler, A. Cozzone, J. Deutscher, M-K Taha

Publications

- Kobir A, Poncet S, Bidnenko V, Delumeau O, Jers C, Zouhir S, Grenha R, Nessler S, Noirot P, Mijakovic I. Phosphorylation of Bacillus subtilis gene regulator AbrB modulates its DNA-binding properties. Mol Microbiol. 2014 Jun ;92(5):1129-41

- Derouiche A, Bidnenko V, Grenha R, Pigonneau N, Ventroux M, Franz-Wachtel M, Nessler S, Noirot-Gros MF, Mijakovic I. Interaction of bacterial fatty-acid-displaced regulators with DNA is interrupted by tyrosine phosphorylation in the helix-turn-helix domain. Nucleic Acids Res. 2013 Nov 1 ;41(20):9371-81.

- Gruszczyk J, Olivares-Illana V, Nourikyan J, Fleurie A, Béchet E, Gueguen-Chaignon V, Freton C, Aumont-Nicaise M, Moréra S, Grangeasse C, Nessler S. Comparative analysis of the Tyr-kinases CapB1 and CapB2 fused to their cognate modulators CapA1 and CapA2 from Staphylococcus aureus. PLoS One. 2013 Oct 11 ;8(10):e75958.

- Grangeasse C, Nessler S, Mijakovic I. Bacterial tyrosine kinases : evolution, biological function and structural insights. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2012 Sep 19 ;367(1602):2640-55.

- Gruszczyk J, Fleurie A, Olivares-Illana V, Béchet E, Zanella-Cleon I, Moréra S, Meyer P, Pompidor G, Kahn R, Grangeasse C, Nessler S. Structure analysis of the Staphylococcus aureus UDP-N-acetyl-mannosamine dehydrogenase Cap5O involved in capsular polysaccharide biosynthesis. J Biol Chem. 2011 May 13 ;286(19):17112-17121

- Bechet E, Gruszczyk J, Terreux R, Gueguen-Chaignon V, Vigouroux A, Obadia B, Cozzone AJ, Nessler S, Grangeasse C. Identification of structural and molecular determinants of the tyrosine-kinase Wzc and implications in capsular polysaccharide export. Mol Microbiol. 2010 Sep ;77(5):1315-1325

- Grangeasse C, Terreux R, Nessler S. Bacterial tyrosine-kinases : Structure-Function Analysis and Therapeutic Potential. Biochim Biophys Acta. 2010 Mar ;1804(3):628-634

- Petranovic D, Grangeasse C, Macek B, Abdillatef M, Gueguen-Chaignon V, Nessler S, Deutscher J, Mijakovic I. Activation of Bacillus subtilis Ugd by the BY-kinase PtkA proceeds via phosphorylation of its residue tyrosine 70. J Mol Microbiol Biotechnol. 2009 ;17(2):83-89

- Olivares-Illana V, Meyer P, Gueguen-Chaignon V, Soulat D, Mijakovic I, Deutscher, J, Cozzone A, Morera S, Grangeasse C, Nessler S. Structural basis for the regulation mechanism of the tyrosine kinase CapB from S. aureus. PLoS Biol. 2008 Jun 10 ;6(6):e143

Présentations orales

- Zing Conference « Enzymes, Coenzymes and Metabolic Pathways »
17-21 november 2013, Playa del Carmen, Mexique
- Congrès annuel de la SFBBM : Enzymes & protéines de reconnaissance : du mécanisme à la biologie synthétique
12-14 octobre 2011, Ax-les-Thermes, France
- Keystone Symposium : The evolution of protein phosphorylation
23-28 Janvier 2011, Keystone, Colorado, USA
- 9th International School on the Crystallography of Biological Macromolecules
29 septembre - octobre 2008, Come, Italie
- Colloque 2008 de l’Association Française de Cristallographie
7-10 juillet 2008, Rennes, France
- Select Biosciences Conference “Protein Crystallography Europe”
19-20 juin 2008, Amsterdam, Pays-Bas
- 2nd Latin American Protein Society Meeting
4-8 novembre 2007, Accapulco, Mexique

Contact


NESSLER Sylvie [Professeur - UPSud]
Département Biochimie, Biophysique et Biologie Structurale [Adjoint]
Equipe Van Tilbeurgh H. - Fonction et Architecture des Assemblages Macromoléculaires
01 69 15 79 66 Orsay - Bât 430

publié le , mis à jour le