Découverte d’un nouvel acteur de la régulation de l’élongation bactérienne
Le peptidoglycane, un constituant clé de la paroi cellulaire des bactéries
Chez la plupart des bactéries, les protéines de liaison à la pénicilline (PBP) et les protéines de la famille Shape, Elongation, Division and Sporulation (SEDS) sont des acteurs essentiels à la division et à l’élongation cellulaire. Ce sont des enzymes qui possèdent une activité transpeptidase et/ou glycosyltransférase. Elles agissent de concert pour permettent l’assemblage du peptidoglycane, un polymère de la paroi cellulaire qui donne sa forme et sa rigidité à la bactérie. Tout défaut de synthèse et/ou de réparation du peptidoglycane suite à des dommages causés par des stress, peut potentiellement entraîner la mort de la bactérie.
Les enzymes impliquées dans la synthèse du peptidoglycane
De part ce rôle clé du peptidoglycane, les PBP sont la cible de nombreux antibiotiques comme la pénicilline et ses dérivés. Les protéines SEDS ont été découvertes bien après les PBP et, bien qu’essentielles, ne sont pas encore des cibles de prédilection pour des antibiotiques. Ces protéines SEDS possèdent une activité glycosyltransférase et fonctionnent en association avec des PBP de classe B (bPBP) qui sont des transpeptidases, les 2 activités étant nécessaires pour la synthèse du peptidoglycane. Lorsque la cellule s’allonge, il y a une synthèse latérale du peptidoglycane par un complexe protéique, l’élongasome, constitué notamment de la SEDS RodA et de bPBP. Les aPBP, quant à elles, sont bifonctionnelles et possèdent une activité transpeptidase et glycosyltransférase. Elles participent à la réparation et au renforcement du peptidoglycane. Si plusieurs régulateurs de PBP ont été identifiés chez diverses bactéries, aucun régulateur de protéines SEDS, n’avait été caractérisé, jusqu’alors.
RagB : un booster pour l’enzyme RodA
Lors de ce travail, il a été montré que la protéine RagB booste la SEDS RodA chez la bactérie Bacillus subtilis. En effet, l’absence d’activité glycosyltransférase liée aux aPBP (en présence de l’antibiotique moénomycine ou dans une souche délétée pour les quatre aPBP, souche ∆4), la survie bactérienne dépend de la présence de la protéine RagB et de la surproduction de RodA. En l’absence des 4 aPBP et en l’absence de RagB, la surproduction de RodA ne peut plus compenser les défauts de croissance de la souche ∆4. Ceci montre que l’activité de RodA dépend de RagB. De plus, en l’absence de PBP1A, la principale aPBP, l’absence de RagB peut être compensée par la surexpression de RodA. Aucun effet de RagB n’a été observé sur le niveau d’expression du gène rodA, ni sur la localisation et la dynamique cellulaire de RodA dans l’élongasome. Toutefois une interaction a été démontré entre RagB et RodA suggérant que RagB stimule directement l’activité de RodA. RagB devient ainsi essentielle en l’absence des aPBP et pourrait recruter RodA au niveau des lésions du peptidoglycane. Ce travail révèle un niveau de régulation inédit de la synthèse du peptidoglycane et à long terme, pourrait ouvrir des perspectives pour de nouvelles cibles antibactériennes.
Discovery of a new player in the regulation of bacterial elongation
Peptidoglycan, a key component of the bacterial cell wall
In most bacteria, penicillin-binding proteins (PBPs) and proteins of the Shape, Elongation, Division, and Sporulation (SEDS) family are essential players in cell division and elongation. These enzymes possess transpeptidase and/or glycosyltransferase activity. They work together to assemble peptidoglycan, a cell wall polymer that provides bacteria with their shape and rigidity. Any defect in the synthesis and/or repair of peptidoglycan following damage caused by stress can potentially lead to bacterial death.
Enzymes involved in peptidoglycan synthesis
Because of this key role of peptidoglycan, PBPs are the target of many antibiotics such as penicillin and its derivatives. SEDS proteins were discovered much later than PBPs and, although essential, are not yet prime targets for antibiotics. SEDS proteins have glycosyltransferase activity and operate in association with class B PBPs (bPBPs), which are transpeptidases, with both activities being necessary for peptidoglycan synthesis. During cell elongation, lateral peptidoglycan synthesis is carried out by a protein complex, the elongasome, composed in particular of the SEDS RodA and bPBPs. In contrast, aPBPs are bifunctional, possessing both transpeptidase and glycosyltransferase activities. They contribute to the repair and strengthening of peptidoglycan. While several regulators of PBPs have been identified in different bacteria, no regulator of SEDS proteins had been characterized until now.
RagB: a booster for the RodA enzyme
In this study, it was shown that the RagB protein boosts the activity of the SEDS RodA in the bacterium Bacillus subtilis. Indeed, in the absence of glycosyltransferase activity provided by aPBPs (in the presence of the antibiotic moenomycin or in a strain deleted for the four aPBPs, the ∆4 strain), bacterial survival depends on the presence of RagB and the overproduction of RodA. In the absence of the four aPBPs and without RagB, RodA overproduction can no longer compensate for the growth defects of the ∆4 strain. This shows that RodA activity depends on RagB. Moreover, in the absence of PBP1A, the main aPBP, the absence of RagB can be compensated by RodA overexpression. No effect of RagB was observed on the expression level of the rodA gene, nor on the localization or cellular dynamics of RodA within the elongasome. However, an interaction between RagB and RodA was demonstrated, suggesting that RagB directly stimulates RodA activity. RagB thus becomes essential in the absence of aPBPs and could recruit RodA to peptidoglycan lesions. This work reveals a novel level of regulation in peptidoglycan synthesis and, in the long term, could open up new perspectives for antibacterial targets.
