DipM contrôle plusieurs autolysines et intervient dans une boucle de rétroaction régulatrice favorisant la constriction cellulaire chez Caulobacter crescentus

Nature Communications volume 14, Numéro d'article : 4095 (2023) Citer cet article

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Les protéines dotées d'un domaine endopeptidase de type LytM catalytiquement inactif sont d'importants régulateurs des enzymes dégradant la paroi cellulaire des bactéries. Ici, nous étudions leur représentant DipM, un facteur favorisant la division cellulaire chez Caulobacter crescentus. Nous montrons que le domaine LytM de DipM interagit avec plusieurs autolysines, notamment les transglycosylases lytiques solubles SdpA et SdpB, l'amidase AmiC et la carboxypeptidase putative CrbA, et stimule les activités de SdpA et AmiC. Sa structure cristalline révèle un sillon conservé, qui devrait représenter le site d'accueil des autolysines selon les études de modélisation. Les mutations dans ce sillon abolissent en effet la fonction de DipM in vivo et son interaction avec AmiC et SdpA in vitro. Notamment, DipM et ses cibles SdpA et SdpB se stimulent mutuellement dans les cellules médianes, établissant un cycle d'auto-renforcement qui augmente progressivement l'activité autolytique à mesure que la cytokinèse progresse. DipM coordonne ainsi différentes voies de remodelage des peptidoglycanes pour assurer une constriction cellulaire appropriée et une séparation des cellules filles.

Au cours de l'évolution, les cellules ont développé de multiples stratégies pour renforcer leur enveloppe afin de la rendre résistante à la pression osmotique interne. La plupart des espèces bactériennes synthétisent une paroi cellulaire semi-rigide entourant la membrane cytoplasmique qui supporte une partie de la tension et donne en outre la forme aux cellules. Le composant central de la paroi cellulaire bactérienne est le peptidoglycane (PG)1,2, un hétéropolymère composé de brins de glycane d'unités alternées de N-acétylglucosamine (NAG) et d'acide N-acétylmuramique (NAM) qui sont réticulées de manière covalente par de courts ponts peptidiques3. Le réseau PG constitue une seule grande macromolécule, appelée sacculus, qui doit être constamment remodelée pour permettre la croissance cellulaire, la morphogenèse et la division cellulaire. Ce processus nécessite le clivage des liaisons au sein du sacculus par des enzymes lytiques, également connues sous le nom d'autolysines, et l'insertion ultérieure d'un nouveau matériau de la paroi cellulaire par les PG synthases. Les activités de ces deux groupes antagonistes de protéines doivent être étroitement coordonnées pour éviter l’émergence de points faibles dans la couche PG entraînant la lyse cellulaire4.

Les autolysines sont un groupe hétérogène d'enzymes classées en fonction de la liaison qu'elles brisent dans la molécule PG. Les glycosidases et les transglycosylases lytiques (LT) coupent les liaisons entre les unités sucre des brins glycanes5. Notamment, la réaction médiée par les LT produit du 1,6-anhydro-NAM, qui, chez certaines espèces, agit comme une molécule de signalisation indiquant le stress des antibiotiques β-lactamines6. Les N-acétylmuramyl-L-alanine amidases (PG-amidases) hydrolysent la liaison entre le résidu L-alanine du peptide et les fragments lactyle du NAM, générant des brins de glycane nus. Ils se sont révélés nécessaires à la séparation des cellules filles chez divers membres des gammaprotéobactéries et des firmicutes7,8,9,10. Enfin, les endopeptidases rompent diverses liaisons dans les fragments peptidiques, favorisant l'incorporation et le remodelage des PG11,12,13,14. En général, les autolysines individuelles sont rarement essentielles. Cependant, chez de nombreuses bactéries, l’inactivation combinée de plusieurs autolysines peut provoquer de forts phénotypes morphologiques et/ou synthétiques létaux13,15,16,17,18.

On pense que la coordination des enzymes lytiques et synthétiques est obtenue par leur assemblage en complexes multiprotéiques4,19,20. L’un de ces complexes est le divisome, qui effectue la division cellulaire chez la plupart des bactéries20,21. Son assemblage commence généralement par la polymérisation de l'homologue de la tubuline FtsZ en une structure dynamique en forme d'anneau au niveau du futur site de division . Ce soi-disant anneau Z recrute ensuite, directement ou indirectement, tous les autres composants divisomes, notamment les PG synthases, les autolysines et les protéines régulatrices . L'activité coordonnée de ces facteurs remodèle progressivement la couche PG au niveau du site de division, resserrant et finalement divisant le sacculus pour permettre la libération des cellules filles naissantes.