Enzymes bactériennes et résistance aux antibiotiques

Les projets

l'ARN polymerase bactérienne et la résistance aux antibiotiques (K. Brodolin)

L'ADN-dépendante polymerase de l'ARN (ARNP) est l'enzyme centrale de l'expression génique et une cible pour la régulation génétique. Ses caractéristiques de base sont hautement conservées parmi tous les organismes vivants. l'ARNP bactérienne est une cible pour un grand nombre de protéines de régulation et de petites molécules, notamment des antibiotiques. Parmi les molécules antibactériennes inhibant l'ARNP, la rifampicine (Rif) reste un antibiotique de première ligne pour le traitement de la tuberculose. Récemment, une nouvelle classe d'antibiotiques: lipiarmycin (fidaxomicine, Tiacumicin B) et myxopyronin (Myx) a été caractérisée. Le mécanisme d'action de ces molécules reste à élucider. Les bactéries ont développé des mécanismes multiples pour échapper aux effets du traitement antibiotique. La plupart de ces mécanismes, tels que l'activation des voies de réponse au stress et le passage à l'état persistant sont liées à la régulation de l'activité de l'ARNP. Une quantité croissante de preuves indique que la sous-unité sigma de l'ARNP ainsi que d'autres facteurs transcriptionnels (par exemple la RbpA de M. tuberculosis) sont impliqués dans la génération de la résistance en réponse au traitement antibiotique. Les objectifs globaux de nos études sont (1) comprendre la rôle de l'interaction entre la sous-unité sigma et les facteurs transcriptionnels dans la modulation de l'expression génique; (2) déchiffrer les mécanismes d'action des antibiotiques ciblant l'ARNP (3) comprendre comment les bactéries résistent à ces molécules. Notre projet est axé sur le mécanisme de régulation de la transcription de deux agents pathogènes humains: Escherichia coli, qui est considéré comme un prototype pour les bactéries pathogènes, et Mycobacterium tuberculosis qui est d'une grande importance clinique. Nous explorons également le rôle de la sous-unité sigma dans les étapes clés de l'expression des gènes tels que la reconnaissance de promoteur, la synthèse de l'ARN et pause de la transcription. Les résultats de notre étude contribuent à la compréhension de la base moléculaire de la résistance aux antibiotiques, constituent une base pour le développement de nouveaux médicaments, plus efficaces en pharmacologie.

Développement d'inhibiteurs allostériques des nucléotidases humaines (L. Chaloin)

Ce projet vise à découvrir et à optimiser de nouveaux inhibiteurs allostériques des 5'-nucléotidases cN-II et CD73, enzymes impliquées dans le métabolisme nucléotidique. De nombreux travaux en cancérologie ont démontré leur implication dans la progression tumorale ou la résistance aux traitements. En effet, cN-II réduit le niveau de phosphorylation et donc l'activité pharmacologique des analogs de nucléosides cytotoxiques utilisés comme anticancéreux. CD73, en dé-phosphorylant l’AMP en adénosine induit une forte immunosuppression et protège ainsi les cellules cancéreuses de la réponse immune antitumorale. Ces deux enzymes sont désormais des cibles validées en oncologie. En effet, des clones de leucémie aigue lymphoblastique (LAL) résistants au traitement possèdent une activité cN-II élevée et l’inhibition de cN-II restaure la sensibilité à ces médicaments. Par ailleurs, la surexpression de CD73 dans de nombreuses tumeurs solides dont les cancers du sein et les cancers ovariens est associée à une croissance tumorale accélérée et au développement de métastases. Notre projet a pour objectifs : i) d’optimiser des inhibiteurs déjà identifiés pour cN-II et ii) de développer des inhibiteurs de CD73 en utilisant une approche originale via l’élaboration d'inhibiteurs allostériques. Cette étape inclue du criblage virtuel de chimiothèques et de la dynamique moléculaire (Figure ci-dessous). Une fois identifiés, ces modulateurs allostériques bloquent l’enzyme dans une conformation inactive indépendamment de la présence du ligand naturel. L’efficacité de ces inhibiteurs est évaluée sur les protéines recombinantes et sur modèles cellulaires exprimant cN-II ou CD73 pour guider leur optimisation structurale. 

Criblage virtuel sur la forme dimérique de l'ecto-5'-nucléotidase (CD73) humaine afin de bloquer son activité enzymatique et rétablir une réponse immunitaire anticancéreuse (inhibiteur représenté en vert)

Post-Doc, Thèses, Stages

Nous accueillons des candidats (biologistes, biochimistes, biophysiciens, physico-chimistes, physiciens) mais aussi des chercheurs et des ingénieurs et techniciens en poste (CNRS, INSERM, Université) intéressés par des approches interdisciplinaires de problèmes biologiques à l’échelle de la molécule unique ou d’assemblages moléculaires..
2018
  1. Vishwakarma RK, Cao AM, Morichaud Z, Perumal AS, Margeat E, Brodolin K. "Single-molecule analysis reveals the mechanism of transcription activation in M. tuberculosis." Sci Adv. (2018) 4 (5):eaao5498. doi: 10.1126/sciadv.aao5498. PubMed
  2. Rahimova R., Fontanel S., Lionne C., Jordheim L.P., Peyrottes S. and Chaloin L. “Identification of allosteric inhibitors of the ecto-5’-nucleotidase (CD73) targeting the dimer interface”. PLoS Comp. Biol. (2018), doi 10.1371/journal.pcbi.1005943
  3. Dulin D, Bauer DLV, Malinen AM, Bakermans JJW, Kaller M, Morichaud Z, Petushkov I, Depken M, Brodolin K, Kulbachinskiy A, Kapanidis AN. "Pausing controls branching between productive and non-productive pathways during initial transcription in bacteria." Nat Commun. (2018) 9 (1):1478. doi: 10.1038/s41467-018-03902-9. PubMed
2017
  1. Duchi D, Gryte K, Robb NC, Morichaud Z, Sheppard C, Brodolin K, Wigneshweraraj S, Kapanidis AN. "Conformational heterogeneity and bubble dynamics in single bacterial transcription initiation complexes." Nucleic Acids Res. (2017) Nov 21. doi: 10.1093/nar/gkx1146. Pubmed
  2. Leban, N., Kaplan E., Chaloin L., Godreuil S. and Lionne C. “Kinetic characterization and molecular docking of novel allosteric inhibitors of aminoglycoside phosphotransferases” Biochim Biophys Acta. (2017), 1861, 3464-3473. Pubmed
  3. Gissot M., Hovasse A., Chaloin L., Schaeffer-Reiss C., Van Dorsselaer A. and Tomavo S. “An evolutionary conserved zinc finger protein is involved in Toxoplasma gondii mRNA nuclear export.” Cell. Microbiol. (2017) doi: 10.1111/cmi.12644. Pubmed
  4. Baud A, Aymé L, Gonnet F, Salard I, Gohon Y, Jolivet P, Brodolin K, Da Silva P, Giuliani A, Sclavi B, Chardot T, Mercère P, Roblin P, Daniel R. "SOLEIL shining on the solution-state structure of biomacromolecules by synchrotron X-ray footprinting at the Metrology beamline." J Synchrotron Radiat. (2017) 24(Pt 3):576-585. doi: 10.1107/S1600577517002478.

2016
  1. Morichaud Z., Chaloin L. and Brodolin K. “Regions 1.2 and 3.2 of the RNA polymerase subunit promote DNA melting and attenuate action of the antibiotic lipiarmycin.” J. Mol. Biol. (2016) 428, 463-76. Pubmed

  2. Duchi D, Bauer DL, Fernandez L, Evans G, Robb N, Hwang LC, Gryte K, Tomescu A, Zawadzki P, Morichaud ZBrodolin K, Kapanidis AN. "RNA Polymerase Pausing during Initial Transcription". Mol Cell. (2016) - 63(6):939-50. Pubmed

  3. Nasri A., Valverde A., Roche D.B., Desrumaux C., Clair P., Beyrem H., Chaloin L., Ghysen A. and Perrier V. “Neurotoxicity of a Biopesticide Analog on Zebrafish Larvae at Nanomolar Concentrations” Int. J. of Mol. Sci., (2016), 17 (12). Pubmed

  4. Kaplan E., Guichou J.F., Chaloin L., Kunzelmann S., Leban N., Serpersu E.H. and Lionne C. “Aminoglycoside binding and catalysis specificity of aminoglycoside 2''-phosphotransferase IVa: a thermodynamic, structural and kinetic study” Biochim Biophys Acta. (2016) 1860, 802-813. Pubmed

  5. Nguyen V.T., Hospital, A., Lionne C., Jordheim L.P., Dumontet C., Périgaud C., Chaloin L. and Peyrottes S. “Beta-hydroxyphosphonate ribonucleoside analogues derived from 4-substituted-1,2,3-triazoles as IMP/GMP mimics: synthesis and biological evaluation » Beilstein J. Org. (2016), 12, 1476-1486. Pubmed

2015
  1. Marton Z., Guillon R., Krimm I., Preeti, Rahimova R., Egron D., Jordheim L.P., Aghajari N.,  Dumontet C., Périgaud C., Lionne C., Peyrottes S. and Chaloin L. “Identification of non-competitive inhibitors of cytosolic 5'-nucleotidase II using a fragment-based approach.” J. Med Chem. (2015) 58, 9680-96. Pubmed

  2. Borel S., Robert-Hebmann V., Alfaisal J., Jain A., Faure M., Espert L., Chaloin L., Paillart J.-C., Johansen T. and Biard-Piechaczyk M. “HIV-1 Vif interacts with LC3 and inhibits autophagy” AIDS (2015) 29, 275-286. Pubmed

  3. Cividini F., Pesi R., Chaloin L., Allegrini S., Camici M., Cros-Perrial E., Dumontet C., Jordheim L.P., Tozzi M.G. “The purine analog fludarabine acts as a cytosolic 5'-nucleotidase II inhibitor” Biochem Pharmacol. (2015) 94, 63-68. Pubmed

  4. Briolotti P., Chaloin L., Balaguer P., Da Silva F., Tománková V., Pascussi J.-M., Duret C., Fabre J.-M., Ramos J., Klieber S., Maurel P., Daujat-Chavanieu M., Gerbal-Chaloin S. “Analysis of glycogen synthase kinase inhibitors that regulate cytochrome P450 expression in primary human hepatocytes by activation of β-catenin, aryl hydrocarbon receptor and pregnane X receptor signaling” Toxicol Sci. (2015) 148, 261-75. Pubmed

  5. Ramya L., Gautham N., Chaloin L., Kajava A.V. “Restricted mobility of side chains on concave surfaces of solenoid proteins may impart heightened potential for intermolecular interactions.” Proteins (2015) 83, 1654-64. Pubmed

Locales

  • Patrick BRON (CBS, Montpellier)
  • Stephan Köhler (IRIM, Montpellier)
  • Emmanuel MARGEAT (CBS, Montpellier)
  • Bruno BEAUMELLE (IRIM, Montpellier)
  • D. MURIAUX & C. FAVARD (IRIM, Montpellier)
  • Jean-Marie PELOPONESE (IRIM, Montpellier)
  • Suzanne Peyrottes (IBMM - Montpellier)
  • Sébastien GRANIER (IGF, Montpellier)
  • Andrey KAJAVA (CRBM, Montpellier)

Nationales

  • Alain BAULARD (Institut Pasteur, Lille)
  • Lars Peter Jordheim & Charles Dumontet (UCBL - Lyon)
  • Christine Ménétrier-Caux (CRCL- Lyon)
  • Bianca SCLAVI, (LBPA, ENS Cachan, Cachan)

Internationales

  • Yangbo HU (Whuan Institute of Virology, China)
  • Achillefs KAPANIDIS (University of Oxford, UK)
  • Andrey KULBACHINSKII, (Institute of Molecular Genetics, Russia)
  • Vladimir KATANAEV (University of Lausanne, CH)
 

Membres actuels de l’équipe




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Ils ont travaillé avec nous...

Rahila Rahimova
Corinne Lionne
Elise Kaplan
Rishi VISHWAKARMA
Ayyappasamy SUDALAIYADUM PERUMAL
Sabine Lefévère
Zsuzsana Marton ....

L’équipe en 2016-2017:



L’équipe en 2015:

Responsable

Konstantin Brodolin

CR1 INSERM, HDR
En savoir +
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En bref

Organisme(s) modèle(s)

Escherichia coli, Mycobacterium tuberculosis

Processus biologique étudié

transcription

Techniques utilisées

  • biochimie
  • biophysique structurale
  • bacteriologie

Applications médicales

  • drug design
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Financements

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IRIM
Institut de Recherche en Infectiologie de Montpellier
UMR 9004 - CNRS / UM
1919 route de Mende - 34293 Montpellier cedex 5
FRANCE

 

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