Les organismes unicellulaire ont développé un ensemble de mécanismes qui leur permettent de résister aux conditions de stress et aux défis que leur impose leur environnement. La pénurie d’aliments enclenche chez la bactérie ce que l’on appelle une réponse métabolique stringente. Cette réponse est régulée par des « alarmones », de petites molécules de signalisation intracellulaire telles que la molécule de ppGpp (guanosine tetraphosphate). Découvertes il y a plus d’un demi-siècle, ces alarmones sont tellement particulières qu’on les a appelées les « magic spots » parce qu’elles semblaient surgir de nulle part.
Dans la plupart des bactéries, le cycle des alarmones est contrôlé par des enzymes bi-fonctionnelles appelées Rel. L’influence des alarmones elles-mêmes sur Rel a un fort impact sur la réponse stringente. En collaboration avec les groupes de Jelle Hendrix (Universiteit Hasselt et KULeuven) Vasili Hauryliuk (Umeå University), le groupe d’ Abel Garcia-Pino (investigateur WELBIO – ULB) a percé les mystères des bases moléculaires de la régulation allostérique de Rel par les ‘magic spots’.
En utilisant la bactérie T. thermophiles comme modèle de réponse stringente, ils ont combiné des approches de biologie structurale, de biochimie et de biophysique pour décortiquer le système. Mettant à profit la lenteur à basse température de la catalyse par cette enzyme Rel thermophile, ils ont pu « voir » l’enzyme précisément au moment de la synthèse ou de la dégradation de l’alarmone et enregistrer ainsi la dynamique du mécanisme à l’échelle d’une molécule unique. Ce faisant, ils ont découvert que le « magic spot » contrôle les deux activités opposées de l’enzyme Rel. Lié à son site de dégradation, il amorce Rel pour sa destruction et éteint en même temps le site actif chargé de sa synthèse. A l’inverse, lié au site de synthèse, « magic spot » active cette fonction de synthèse et éteint le domaine responsable de sa dégradation. Ce mécanisme simple et élégant permet aux bactéries, presque par magie, d’éviter de gaspiller leur énergie dans des cycles inutiles de catalyse.
Source and illustration : Université libre de Bruxelles
Référence : Tamman, H., Van Nerom, K., Takada, H., Vandenberk, N., Scholl, D., Polikanov, Y., … Garcia-Pino, A. (2020). A nucleotide-switch mechanism mediates opposing catalytic activities of Rel enzymes. Nature Chemical Biology. https://doi.org/10.1038/s41589-020-0520-2
