Caractérisation structurale d’un système bactérien de dégradation des anticorps

Structural characterization of a bacterial antibody-degrading system

• Auteur / Autrice : Pierre Nottelet
• Direction : Esther Marza
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie
• Date : Soutenance le 20/09/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Microbiologie fondamentale et pathogénicité (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Reynald Gillet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laure Béven
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Reynald Gillet, Adeline Goulet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mycoplasma

Virulence (microbiologie)

Microscopie électronique

Mycoplasmes

Mots clés libres

Biologie Structurale

Cryo-Microscopie électronique

Mycoplasma

Virulence bactérienne

Structural Biology

Cryo-Elecrton microscopy

Mycoplasma

Bacterial virulence

Résumé

Les mycoplasmes sont à l'origine de plusieurs maladies chroniques chez les espèces animales et provoquent des infections telles que la pneumonie et des infections sexuellement transmissibles chez l'être humain. Ils ont développé des stratégies pour échapper à la réponse immunitaire de l'hôte, notamment via le système de dégradation des anticorps Mycoplasma Immunoglobulin Binding (MIB) - Mycoplasma Immunoglobulin Protease (MIP). Le domaine Fab de nombreux types d'immunoglobulines est reconnu par MIB. Cette interaction permet la dissociation anticorps-antigène et l'action ciblée de la sérine protéase MIP, qui clive le lien entre les domaines CH et VH de l'anticorps.Pour comprendre le mécanisme moléculaire de ce système, les structures du système de dégradation des anticorps MIB-MIP en complexe avec des anticorps à différents états du mécanisme ont été obtenues en utilisant la microscopie cryo-électronique à particules isolées.La structure a permis de comprendre l'architecture du complexe dans un mécanisme « d’étreinte de la mort » inédit. La structure montre que MIB interagit principalement avec la chaîne légère du Fab, ce qui entraîne un changement radical de la structure du site de liaison de l'antigène du Fab. Les régions déterminant la complémentarité des domaines VL et VH sont séparées, ce qui entraîne la dissociation du complexe antigène-anticorps. Cette rupture du paratope permet le recrutement de MIP qui interagit avec la chaîne lourde du Fab et contient une triade catalytique de sérine protéase qui est idéalement placée pour cliver cette chaîne. De plus, des expériences de résonance de plasmons de surface ont mis en évidence le comportement inattendu de MIB qui est la première protéine identifiée qui dissocie activement divers complexes immuns.La résolution de ces structures cryoEM révèle la base moléculaire du mécanisme de liaison, de dissociation et de dégradation de l'anticorps et permet de mieux comprendre le système MIB-MIP. MIB et MIP apparaissent comme de nouvelles cibles thérapeutiques pour lutter contre le mécanisme d'évasion immunitaire des mycoplasmes.

Mycoplasmas cause various chronic diseases in livestock species and induce infections such as pneumonia and sexually transmitted infections in humans. They have evolved strategies to evade the host immune response, including the Mycoplasma Immunoglobulin Binding (MIB) - Mycoplasma Immunoglobulin Protease (MIP) antibody degrading system. The Fab domain of many types of immunoglobulins is recognized by MIB. This interaction mediates antibody-antigen dissociation and the targeted activity of the serine protease MIP, which cleaves the linker between the CH and VH domains of the antibody.To understand the molecular basis of this system, the structures of the MIB-MIP antibody degrading system in complex with antibodies at different state of the mechanism were obtained using single particle cryo-electron microscopy.The structure allowed us to understand the intricate architecture of the complex in a previously unseen “hug of death” mechanism. The structure shows that MIB interacts mainly with the Fab’s light chain leading to a drastic change in the structure of the Fab’s antigen binding site. The complementarity determining regions of the VL and VH domains are separated resulting in the dissociation of the antigen- antibody complex. This paratope disruption allows MIP recruitment that interacts with the Fab’s heavy chain and contains a serine protease catalytic triad that is ideally placed to cleave this chain. In addition, surface plasmon resonance experiments highlighted MIB’s unexpected behavior which is the first identified protein that actively dissociate various immune complexes.Solving this cryoEM structures reveals the molecular basis of the antibody binding, dissociation and degradation mechanism and further our understanding of the MIB-MIP system. MIB and MIP are emerging as new therapeutic targets to fight against the immune evasion mechanism of mycoplasma.