Les Ruminococcines C : d’une structure exotique aux propriétés cliniques

Clarisse Roblin^1,2, Steve Chiumento³, Christian Basset³, Sylvie Kieffer-Jaquinod⁴, Cendrine Nicoletti¹, Cédric Jacqueline⁵, Lama Shamseddine³, Eric Pinloche², Iris Veyrier¹, Agnès Amouric¹, Elise Courvoisier-Dezord¹, Hamza Olleik¹, Olivier Bornet⁶, Matthieu Nouailler⁶, Olga Iranzo¹, Marc Maresca¹, Michel Fons⁷, Katy Jeannot⁸, Estelle Devillard², Yohann Couté⁴, Nathalie Campo⁹, Mohamed Atta³, Patrice Pollard⁹, Josette Perrier¹, Victor Duarte³ & Mickael Lafond¹

¹Aix-Marseille Univ, CNRS, Centrale Marseille, iSm2, Marseille, France ; ²ADISSEO France SAS, Centre d’Expertise et de Recherche en Nutrition, Commentry, France ; ³Univ. Grenoble Alpes, CEA, CNRS, CBM-UMR5249, Grenoble, France ; ⁴Univ. Grenoble Alpes, CEA, Inserm, BGE U1038, Grenoble, France ; ⁵EA3826, IRS2 Nantes-Biotech, Université de Nantes, Nantes, France ; ⁶LISM, IMM, Aix-Marseille Univ, CNRS, Marseille, France ; ⁷Unité de Bioénergétique et Ingénierie des Protéines UMR7281, Institut de Microbiologie de la Méditerranée, Aix-Marseille Univ, CNRS, Marseille, France ; ⁸Centre National de Référence de la Résistance aux Antibiotiques, Laboratoire de Bactériologie, Centre Hospitalier Universitaire de Besançon, Besançon, France ; ⁹Laboratoire de Microbiologie et de Génétique Moléculaires, CNRS, Université Paul Sabatier, Toulouse, France.

La multirésistance des microorganismes aux antibiotiques représente aujourd’hui un problème majeur de santé publique pour l’homme et pour l’animal. Aussi, la découverte de nouvelles molécules antimicrobiennes pour lutter contre les souches bactériennes résistantes aux antibiotiques est devenue aujourd'hui une priorité mondiale. Les peptides bactériens synthétisés par voie ribosomale et modifiés post-traductionnellement (RiPPs) et possédant une activité antibactérienne, également appelés bactériocines, font partie de cette nouvelle génération prometteuse de peptides antimicrobiens (PAM). Dans ce contexte et en explorant la capacité de symbiontes intestinaux humains à produire des bactériocines, nous avons découvert puis produit un nouveau RiPP secrété naturellement par la bactérie Gram-positive dominante Ruminococcus gnavus. Après avoir caractérisé in silico le cluster de gènes de biosynthèse de la Ruminococcine C (RumC) impliqué dans la biosynthèse de cinq isoformes de RumC (RumC1-C5), dans leur maturation, leur export et le système d’immunité associé, nous avons réussi à isoler ces cinq isoformes in vivo en utilisant un modèle de rat mono-associé à la souche productrice R. gnavus E1. Parallèlement, nous avons également produit les RumC1-C5 recombinantes en utilisant la plateforme d’expression hétérologue Escherichia coli. Une caractérisation approfondie à l'aide d'approches moléculaires et structurelles et l'étude de leur voie de biosynthèse ont révélé que les RumCs présentent quatre ponts thioéthers introduits par une enzyme de maturation à Radical-SAM. Une telle modification post-traductionnelle

confère à RumC1 un repliement structurel non décrit jusqu'ici au sein de la famille des RiPPs. D’un point de vue fonctionnel, nous avons montré que RumC1 est efficace pour combattre des isolats cliniques multirésistants à Gram Positif mais aussi pour éradiquer une infection péritonéale à Clostridium perfringens chez des souris infectées et ce, avec une dose inférieure à l'antibiotique conventionnel, la vancomycine. De plus, tout en maintenant une homéostasie globale du microbiome intestinal, RumC1 a montré des propriétés fonctionnelles supplémentaires et bénéfiques pour l'hôte telles que des activités de cicatrisation ou antiinflammatoires. Nos dernières recherches sur le mécanisme moléculaire ont révélé que, contrairement aux sactipeptides connus, RumC1 n'exerce pas un mode d'action porogène mais pénètre dans la bactérie cible, se colocalise au niveau de l'anneau septal et présente un effet létal rapide avec une inhibition des principales voies de biosynthèse des macromolécules.