Nouvelle voie pour les peptides antimicrobiens

La voie de biosynthèse nouvellement identifiée transforme un peptide biologiquement inerte en antibiotiques structurellement complexes, qu’ils appellent entéropeptines. Les entéropeptines sont une classe de produits naturels peptidiques synthétisés par les ribosomes, appelés RiPP.

La structure de base de ces produits est synthétisée par le ribosome, qui est limité aux 20 acides aminés canoniques. Le Mo Lab a découvert et caractérisé de nouvelles métalloenzymes capables de convertir l’arginine, un acide aminé canonique, en N-méthylornithine, un acide aminé non canonique, au sein de l’entéropeptine.

Ceci est le premier rapport d’un produit naturel RiPP contenant cet acide aminé inhabituel. La découverte a été faite par le laboratoire du professeur Mohammad Seyedsayamdost.

L’article du laboratoire, “La découverte guidée par la biosynthèse révèle les entéropeptines comme des sactipeptides alternatifs contenant N-méthylornithine”, a été publié le mois dernier dans Chimie naturelle.

Kenzie Clark, premier auteur de l’article et ancien étudiant diplômé du Mo Lab, a expliqué les principales découvertes.

“La façon dont cette voie fonctionne est que le ribosome fabrique un peptide précurseur, sur lequel agissent ensuite des métalloenzymes codées dans le même groupe de gènes”, a déclaré Clark. “La série de métalloenzymes – dans ce cas, il y en avait trois – convertit l’arginine en N-méthylornithine de manière progressive pour générer l’entéropeptine.

“Ce qui est intéressant, c’est que le peptide seul ne montre aucune activité biologique. Mais une fois ces modifications ajoutées, il devient cette biomolécule active qui inhibe puissamment la croissance de la souche productrice.”

Brett Covington, chercheur postdoctoral au laboratoire et co-auteur de l’article, a pesé sur cette découverte.

“C’est une tendance que nous observons avec beaucoup de ces produits RiPP que nous avons découverts : ils ont une activité à spectre très étroit et ils ont tendance à inhiber la croissance de l’organisme qui fabrique le composé”, a-t-il déclaré. “C’était le cas ici avec l’entéropeptine. Cela n’a fait qu’inhiber la Entérocoque qui fabriquait l’entéropeptine. Pourquoi ces Entérocoques fabriquer un peptide antibiotique pour inhiber leur propre croissance est une question que nous poursuivons. Ils sont probablement impliqués dans la génération d’une population bactérienne plus récalcitrante.”

Travailler à travers des grappes de gènes

La recherche s’inscrit parfaitement dans la mission du Mo Lab, qui cherche à découvrir de nouveaux produits naturels bactériens et à comprendre comment ces produits sont biosynthétisés.

En 2018, le Mo Lab a publié un article dans le Journal de l’American Chemical Society (JACS) dans lequel ils ont utilisé la bioinformatique pour découvrir 600 grappes de gènes RiPP de streptocoques qui utilisent des enzymes radicales S-adénosylméthionine (rSAM), l’une des plus grandes familles d’enzymes connues de la nature. Bien qu’il s’agisse d’un groupe énorme avec plus de 500 000 membres et que l’on trouve dans les trois règnes de la vie, la plupart de ces enzymes ne sont pas bien comprises.

Le laboratoire a regroupé ses 600 groupes de gènes RiPP nouvellement découverts en 16 sous-familles basées sur des séquences de peptides précurseurs similaires. Ils ont commencé à travailler sur ces familles en laboratoire, découvrant de nouvelles réactions et une chimie intéressante en cours de route.

“C’est une nouvelle approche de la découverte de produits naturels dans la mesure où vous commencez par le groupe de gènes biosynthétiques, puis vous effectuez une analyse approfondie de la réaction de chaque enzyme pour comprendre toutes les différentes transformations qui se produisent”, a déclaré Covington. “Ensuite, nous recherchons dans l’hôte bactérien le produit mature, qui intègre toutes ces différentes transformations enzymatiques. C’est une approche unique.”

Jusqu’à présent, ils n’ont travaillé qu’avec des clusters qui codent pour une seule métalloenzyme. Ce dernier travail cible des voies en plusieurs étapes avec des chimies plus complexes qui n’ont pas seulement une réaction intéressante, mais trois catalysées par trois classes différentes de métalloenzymes. Deux sont dépendants du fer et un est dépendant du manganèse.

“L’un de ces métalloenymes génère un intermédiaire très réactif capable de réaliser des réactions chimiques vraiment difficiles, par exemple la formation de liaisons carbone-carbone au niveau des centres de carbone non activé”, a déclaré Clark. “Beaucoup de structures qu’ils génèrent seraient très difficiles à fabriquer pour les chimistes de synthèse.

“Mais ce qui est également intéressant, c’est la troisième enzyme de la voie. Elle n’a pas été annotée comme une famille d’enzymes connue. Elle a fini par utiliser un cluster quatre-fer-quatre-soufre et un cofacteur SAM pour N-méthylate d’ornithine, une réaction de modification nouvelle et vraiment intéressante.”

Covington a ajouté: “C’est l’une des choses que j’apprécie le plus dans le travail ici au laboratoire Mo, le frisson que vous ressentez lorsque vous découvrez enfin l’un de ces produits. Tout le travail est effectué sur le banc pour comprendre la réaction dans le tube à essai, et puis c’est vraiment gratifiant quand on le voit correspondre à ce qui se passe à l’intérieur des bactéries réelles.”