Streptococcus pneumoniae, pathogène majeur de la sphère oro-pharyngée, résiste fréquemment aux antibiotiques de la famille des ?-lactamines généralement administrés dans les infections associées à ce pathogène. Les cibles de ces antibiotiques sont des enzymes responsables de la biosynthèse du peptidoglycane bactérien, les Penicillin-Binding Proteins (PBP) dont la structure du site actif est modifiée dans le cas de souches résistantes aux antibiotiques. Dans un premier temps, la résolution de la structure à haute résolution par cristallographie des rayons X de PBP1b, une des trois PBP bifonctionnelles du pneumocoque, a mis en évidence un phénomène de réorganisation structurale du site actif de la molécule en fonction de son interaction avec un pseudo-substrat de la réaction. Ce résultat nous a permis de proposer que l'ouverture du site actif joue un rôle clef lors du processus de division cellulaire. Dans un deuxième temps, nous avons résolu les structures de complexes entre PBP1b et de nouvelles molécules inhibitrices, ce qui permet d'ouvrir la voie de la mise au point rationnelle de nouveaux médicaments. Pour finir, nous avons caractérisé le domaine glycosyltransférase de PBP1b ,qui représente une nouvelle cible moléculaire pour le développement de nouveaux antibactériens, notamment par diffusion de rayons X aux petits angles (SAXS). Cette approche originale nous a permis de proposer un modèle d'organisation et de repliement de ce domaine au sein de ces protéines.

Les glycosyltransférases sont responsables de la biosynthèse d’oligosaccharides, de polysaccharides et de glycoconjugués. Etant donné le nombre croissant de processus biologiques reliés aux saccharides, il existe un grand intérêt pour la compréhension des rôles biologiques des ces saccharides et étudier leurs applications thérapeutiques potentielles. Ce projet concerne la conception, la synthèse, l’évaluationbiologique et l’analyse structurale de deux nouveaux types d’inhibiteurs de glycosyltransférases analogues du substrat donneur naturel. L’analogie repose sur l’incorporation d’une unité pyridine ou amino-acide neutre comme mime du motif pyrophosphate afin de fournir des substrats capables de pénétrer les cellules pour des applications potentielles in cellulo ou in vivo. Les synthèses d’inhibiteurs neutres de GTs ont été réalisées en utilisant une combinaison de réactions de conjugaison créant une liaison O-glycosidique, amide ou triazole. Au total, 26 inhibiteurs neutres de GTs ont ainsi été synthétisés. L’évaluation de l’inhibition pour cinq galactosyltransférases et une GlcNAc-transférase(OGT) a révélé des inhibitions modestes de l’ordre du micromolaire. La co-cristallisation des meilleurs inhibiteurs avec l’une de ces galactosyltransférases a démontré que le motif pyridine neutre chélate le cation manganèse impliqué dans le site catalytique de l’enzyme. Cependant, le motif galactose est orienté vers l’extérieur du site catalytique et loin de la position initiale du substart naturel (UDP-Gal) etindique donc un nouveau mode de liaison. Le concept d’inhibiteur neutre a aussi été examiné sur un système modèle de membrane pour leur perméation membranaire. / Glycosyltransferase is an important class of enzyme in living organisms responsible for the biosynthesis of oligosaccharides, polysaccharides and glycoconjugates. As more and more carbohydrate related biological processes are elucidated, there is great interest to define the biological roles of a given carbohydrate and examine its potential therapeutic applications. The present study reports the design, synthesis, biological evaluation and structural analysis of two novel types of glycosyltransferase donor substrate analogues. The design rationale is to make analogues of sugar nucleotide diphosphate substrates, but incorporating a ‘neutral’ pyridine or amino-acid moiety as thepyrophosphate surrogate in order to provide cell permeable substrates for potential in cellulo or in vivo applications. The syntheses of “neutral” GTs inhibitors were performed using a combination of conjugations through O-glycoside bond, amide bond or triazole functionalities. A total number of 26 “neutral” GT inhibitors were prepared. The evaluation of inhibition towards five galactosyltransferasesand one GlcNAc-transferase (OGT) revealed moderate inhibitions in the micromolar range. More interestingly, co-crystallyzation could be achieved for the most potent compounds in complex with a glycosyltransferase. The designed ‘neutral’ pyridine linker could chelate the manganese cation involved in the enzyme catalytic site. Whereas the sugar head-group was oriented away from the position found inthe related complex with natural substrate (UDP-Gal) indicating a new binding mode. The concept of ‘neutral’ inhibitor was examined by an artificial cell membrane penetration test.

L'objectif du groupe Im3i est d'étudier les mécanismes moléculaires impliqués dans la relation symbiotique entre l'hôte et le microbiote intestinal afin de proposer des solutions pour le traitement de certaines pathologies humaines dans le contexte de la nutrition et de la sécurité alimentaire. Nous avons choisi une bactérie à Gram positif, Ruminococcus gnavus E1 , comme modèle d'étude. Cette bactérie, anaérobie stricte, a été isolée à partir du microbiote d'un adulte sain et son génome a été séquencé . L'étude in vivo a été menée sur des groupes de souris mono-colonisées par R. gnavus E1. Nos résultats montrent clairement une surexpression des gènes codant les fucosyltransférases et sialyltransférases intestinales au niveau du côlon. Les observations réalisées en microscopie confocale à l'aide de lectines ont confirmé ces résultats. L'étude in vitro nous a permis d'analyser l'impact des facteurs solubles présents dans le surnageant de R. gnavus E1 sur la glycosylation des cellules épithéliales intestinales. La caractérisation préliminaire de cette fraction soluble indique qu'elle est thermorésistante, de nature non lipidique et qu'elle possède une faible masse moléculaire (< 3 kDa). Nous pouvons conclure que les variations d'expression des ARNm des différentes glycosyltransférases des cellules en gobelet et des entérocytes entrainant un programme de réinitialisation des glycoprotéines du mucus impacté par R. gnavus E1. Cela ouvre des perspectives considérables dans le dialogue moléculaire qui s'établit entre l'hôte et les bactéries endogènes. / The aim of IM3I group is study molecular mechanisms involved in the symbiotic relationship between the host and the intestinal microbiota, accounting for both partners, in order to propose solutions to human health problems, especially in the context of nutrition and food safety. We have chosen a Gram positive bacteria, Ruminococcus gnavus E1, as a model. This bacterium, in strict anaerobia, is isolated from the dominant microbiota of healthy human for which the genome is currently being sequenced. In vivo, using animals that are mono-associates with R. gnavus E1, our RT-qPCR studies clearly show an up regulation of the expression of genes coding for intestinal fucosyltranferases and sialyltransferases, in the colon. This is also confirmed by confocal microscopy using lectins. Thus, R. gnavus E1 is able to reestablish the glycosylation profile. In vitro, we have studied the impact of soluble factors from the R. gnavus E1 supernatant. We found that the soluble supernatant fraction of R. gnavus E1 cultures differentially modulates the intestinal glycosylation process in HT29-MTX, Caco-2, independently or coculture 75% Caco-2 and 25% HT29-MTX cell lines. Preliminary characterization of this soluble fraction indicates that it is heat resistant, is not affected by elimination of lipids, and has a low molecular weight form (< 3 kDa). We conclude that the variation of expression of mRNAs coding for different glycosyltransferases in goblet cells and enterocytes proves the re-initiating program of glycoproteins and mucus protection layer by the dominant bacteria R. gnavus E1 and opens the prospect to a new host-indigenous bacteria molecular crosstalk in the intestine.

La fusariose des épis est l’une des principales maladies des céréales, majoritairement causée par le champignon pathogène et toxinogène, Fusarium graminearum (Fg). Lors son développement in planta, le champignon produit des mycotoxines dommageables pour la santé humaine et animale, dont le déoxynivalénol (DON). De nombreux loci à effet quantitatif sur la résistance à Fg ont été identifiés chez le blé tendre. Certains d’entre eux ont été corrélés à la capacité à détoxifier le DON, en particulier par glucosylation sous l’action d’UDP-glucosyltransférases (UGT). Une UGT d’orge impliquée dans la conjugaison du DON a été identifiée en système hétérologue. Brachypodium distachyon (Bd) a récemment émergé comme modèle d’étude pour les céréales. Ce travail à l’aide d’approches transcriptomique et métabolomique a mis en évidence que lors de l’interaction avec Fg, Bd met en place des réponses macroscopiques, moléculaires et métaboliques similaires à celles connues chez le blé et l’orge. La recherche d’UGTs candidates capables de conjuguer le DON en DON-3-O-glucoside (D3G) chez Bd a permis l’identification d’un candidat. L’analyse fonctionnelle du gène correspondant a été conduite par des approches de mutagenèse et de surexpression. Ceci a montré une sensibilité accrue des lignées mutantes à la toxine et à l’agent pathogène. A l’inverse les lignées surexpresseurs ont montré une tolérance et résistance quantitative à la toxine et l’agent pathogène. Ces résultats ont été corrélés par la détection in planta de DON et D3G, dans des proportions variables selon les lignées. Ces résultats démontrent le rôle majeur que joue la glucosylation du DON dans l’établissement de la résistance observée chez Bd en réponse à Fg. / Fusarium head blight is a major cereal disease, mostly caused by the pathogenic and toxin-producing fungus, Fusarium graminearum (Fg). During its development in planta, the fungus produces mycotoxins harmful to human and animal health, including deoxynivalenol (DON). Many quantitative trait loci exhibiting an effect on resistance to Fg have been identified in wheat. Some of them were correlated with the ability to detoxify DON, particularly by glucosylation by UDP-glycosyltransferases (UGT). A barley UGT involved in the conjugation of DON was identified in a heterologous system. Brachypodium distachyon (Bd) has recently emerged as a model species for cereals. Using transcriptomic and metabolomic approaches, we show that when interacting with Fg, Bd implements macroscopic, molecular and metabolic responses similar to those known in wheat and barley. The search for UGT candidates able to conjugate DON into DON-3-O-glucoside (D3G) in Bd resulted in the identification of the Bradi5g03300 gene. Functional analyses of this gene showed increased sensitivity of the mutant lines to the toxin and to the pathogen. Conversely the overexpressor lines showed a tolerance to the toxin and quantitative resistance to Fg. These results were correlated with the detection of differential amounts of DON and D3G in the different lines. These results demonstrate the important role of DON glucosylation in the resistance establishment of Bd observed in response to Fg.