Séminaire externe - Cécile Breyton - Institut de Biologie Structurale, Grenoble

Comment les siphophages perforent-ils l’enveloppe cellulaire bactérienne ? Une analyse par cryo-microscopie électronique (cryo-EM) et cryo-tomographie électronique (cryo-ET)

Les bactériophages (ou phages), virus des bactéries, sont les entités biologiques les plus abondantes sur Terre. En tant qu’agents lysogènes ou lytiques, ils jouent un rôle clé dans l’échange de matériel génétique, façonnant ainsi l’évolution et la diversité des populations microbiennes. Leur étude a notamment permis l’émergence de la biologie moléculaire en révélant les fondements moléculaires de la vie. Plus récemment, ils suscitent un intérêt croissant comme alternative thérapeutique contre les infections multirésistantes aux antibiotiques.
La majorité des phages possèdent une queue leur permettant de reconnaître leur hôte, de perforer l’enveloppe cellulaire et d’injecter leur ADN viral depuis la capside jusqu’au cytoplasme de la bactérie infectée. Une fois à l’intérieur, l’ADN viral prend le contrôle de la cellule hôte pour produire des centaines de nouveaux virions. Parmi les phages à queue, les siphophages se distinguent par une queue longue et flexible, à l’extrémité distale de laquelle se trouve un complexe terminal (souvent appelé baseplate), abritant une ou plusieurs protéines de liaison au récepteur (RBP). L’interaction entre les RBP et la surface bactérienne déclenche la perforation de la paroi cellulaire et l’éjection de l’ADN, mais les mécanismes sous-jacents restent mal compris chez les siphophages [1].
Nous avons déterminé, par cryo-microscopie électronique, la structure atomique de l’extrémité du phage T5 (un siphophage), avant et après son interaction avec son récepteur FhuA d’Escherichia coli, reconstitué dans des nanodisques [2, 3]. Ces travaux révèlent les changements conformationnels majeurs subis par l’extrémité de T5 lors de l’infection, nous permettant de proposer un mécanisme de reconnaissance de l’hôte et d’activation de l’entrée virale chez les siphophages. Ce mécanisme inclut une cascade d’événements engageant T5 dans la perforation de la paroi cellulaire et l’éjection de son ADN. Par ailleurs, l’analyse structurale de l’extrémité d’autres phages a mis en évidence des éléments structuraux conservés, suggérant un mécanisme d’infection général pour les siphophages infectant les bactéries à Gram négatif [4].
Enfin, nous utilisons la cryo-tomographie électronique pour étudier la structure du canal perforant l’ensemble de l’enveloppe cellulaire, offrant ainsi une vision intégrée de l’infection bactérienne par les phages.

Références
1. Linares R, Arnaud CA, Degroux S, Schoehn G, Breyton C. (2020) Structure, function and assembly of the long, flexible tail of siphophages. Curr Opin Virol. 45:34-42. doi: 10.1016/j.coviro.2020.06.010.
2. Linares R, Arnaud CA, Effantin G, Darnault C, Epalle NH, Boeri Erba E, Schoehn G, Breyton C Structural basis of bacteriophage T5 infection trigger and E. coli cell wall perforation. (2023) Sci Adv. Mar 24;9(12):eade9674. doi: 10.1126/sciadv.ade9674.
3. Degroux S, Effantin G, Linares R, Schoehn G, Breyton C. (2023) Deciphering Bacteriophage T5 Host Recognition Mechanism and Infection Trigger. J Virol. Feb 13:e0158422. doi: 10.1128/jvi.01584-22.
4. d'Acapito A, Decombe A, Arnaud CA, Breyton C. Comparative anatomy of siphophage tails before and after interaction with their receptor. Curr Opin Struct Biol. 2025 Apr 24;92:103045. doi: 10.1016/j.sbi.2025.103045.

Cécile Breyton est Directrice de recherche au CNRS à l'Institut de Biologie Structurale de Grenoble, où elle dirige une équipe spécialisée dans la biochimie des protéines membranaires, la biophysique et la cryomicroscopie électronique.

Contact : Reynald Gillet

Source : OpenAgenda