Étude de la Sous-Classe B3 et des Inhibiteurs des Métallo β-Lactamases En raison de l'introduction dagents antibactériens, les bactéries ont développé divers moyens de résistance. Le plus commun, déjà fortement développé, est la production denzymes qui hydrolysent la forme la plus largement répandue d'agent antibactérien, les antibiotiques à noyau β-lactame (Frère 1995). Ces enzymes, appelées β-lactamases, ont deux origines. Les β-lactamases à sérine correspondant aux classe A, C et D auraient évolué à partir dune DD-transpeptidase ancestrale, alors que les métallo β-lactamases (MBLs), nont pour linstant aucun ancêtre connu (Ambler 1980) (Matagne et al. 1999). Les MBLs sont importantes médicalement, puisqu'elles peuvent hydrolyser la plupart des β-lactames, y compris les carbapénèmes, qui échappent à l'activité des enzymes à sérine les plus actives (Rasmussen et al. 1997). Un transfert des MBLs entre espèce est également envisageable, du fait que certains gènes codant pour ces enzymes sont présents sur des plasmides (Osano et al. 1994) (Laraki et al. 1999). Les inhibiteurs classiques des β-lactamases à sérine active ont peu ou pas d'effet sur les MBLs et dans certains cas ils peuvent même être hydrolysés par les MBLs. Les MBLs sont produites, comme les β-lactamases à sérine, dans le périplasme des bactéries Gram-négatives ou sont sécrétées par les bactéries Gram-positives, cependant elles ont un mode d'action différent. À la différence des β-lactamases à sérine qui emploient une sérine dans leur site actif pour hydrolyser le noyau β-lactame, les MBLs utilisent lion zinc (Bush et al. 1995). Puisque ces enzymes ne présentent pas le même besoin en ions zinc pour faire preuve dune activité maximale, un débat continuel est mené afin de savoir si les MBLs utilisent un ou deux ions zinc dans leur site actif in vivo. Les MBLs forment un groupe hétérogène qui a été divisé en sous-groupes B1, B2 et B3 par similitude de séquence et spécificité de substrat (Galleni et al. 2001) (Garau et al. 2004). C'est l'hétérogénéité de cette classe qui a rendu la recherche d'un inhibiteur générique difficile. Divers inhibiteurs de MBLs ont été décrits; ceux-ci incluent le captopril, un inhibiteur compétitif des MBLs qui sest avéré efficace contre les enzymes mono-zinc BcII et CphA (Heinz et al. 2003). L'acide thiomandelique s'est avéré un inhibiteur à large spectre pour le composé racémique, avec des valeurs de Ki en-dessous de 1 µM, pour toutes les enzymes testées des sous-classes B1 et B3; bien qu'il ait été inefficace sur CphA du sous-groupe B2 (Mollard et al. 2001). Les hydrazones de sulfonyle inhibent IMP-1, le plus bas Ki étant de 0.7 µM, mais ont un effet limité sur d'autres enzymes B1 telles que BcII (Siemann et al. 2002). Les acides succiniques substitués inhibent également IMP-1 montrant des valeurs dIC50 impressionnantes mais aucune valeur de Ki nest donnée (Toney et al. 2001). L'incubation de CphA avec les β-lactames, moxalactame et céfoxitine, cause l'inactivation de l'enzyme par les produits de la réaction, mais ces inactivateurs sont des substrats pour les enzymes des sous-classes B1 et B3 (Zervosen et al. 2001). La recherche dinhibiteurs s'est tout naturellement concentrée sur les variants IMP et VIM, qui sont des MBLs portées par un plasmide; pour linstant, aucun inhibiteur identifié nest efficace sur tous les sous-groupes (Jin et al. 2004) (Kurosaki et al. 2005) (Siemann et al. 2002). La première partie de cette étude s'est concentrée sur lidentification de molécules modèles potentiellement inhibitrices de MBLs pouvant être développées en inhibiteurs à large spectre des MBLs. Par le criblage nous avons identifié trois modèles différents susceptibles de donner des inhibiteurs efficaces; lun deux est capable de chélater l'espèce mono-zinc, lacide 2,4 pyridine dicarboxylique; un autre est spécifique de FEZ-1, le N,3-Dihydroxy-5-(4-hydroxybenzoyl) benzamide et le dernier est efficace contre toutes les MBLs testées, lacide [(3-Mercaptopropanoyl)amino](phenyl) propanoic. Les résultats obtenus montrent des constantes dinhibition allant du micromolaire au nanaomolaire. La sous-classe B3 contient la MBL L1, dont le spectre daction est le plus large. Cette enzyme peut hydrolyser un éventail de substrats tel que les pénicillines, les céphalosporines et les carbapénèmes (Crowder et al. 1998). Elle partage le repliement αβ/βα et le site di-zinc des autres MBLs mais cest un tétramère, une caractéristique unique parmi les β-lactamases (Saino et al. 1982) (Bicknell et al. 1985). La forme tétramerique de L1 la rend plus difficile à étudier par des techniques telles que la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire ou la spectrométrie de masse. Par conséquent, pour la deuxième partie de cette étude, nous avons décidé d'étudier L1, visant à trouver les conditions dans lesquelles l'enzyme était présente comme monomère, sans besoin de mutation. Les résultats que nous avons obtenus étaient imprévus et nous ont menés à examiner une méthode de production d'apo-enzyme pour les MBLs. L'enzyme a pu facilement être dénaturée et le zinc être enlevé. L'activité a été trouvée après renaturation suite à l'addition de zinc. Cette étude pourrait être poursuivie à l'avenir, les résultats préliminaires obtenus ici sont peu concluants, mais présentent un intérêt cinétique ainsi quun bénéfice à l'étude des MBLs commencée dans ce travail. Le nombre de MBLs connues augmente constamment et la caractérisation de chaque enzyme doit être accomplie pour gagner une pleine compréhension des β-lactamases, afin quil reste un espoir d'empêcher la diffusion supplémentaire de la résistance bactérienne. Pour cette raison le but de la troisième partie de cette étude était de caractériser plus profondément la MBL, GOB-1 de Chryseobacterium meningosepticum. L'analyse de sa séquence en acides aminés, par Bellais et al. 2000 place GOB-1 dans la sous-classe B3 en dépit de son unique résidu liant le zinc Gln116. Nous avons produit GOB-1 en utilisant un vecteur d'expression basé sur le système dexpression du phage T7 et avons purifié l'enzyme. Des mutants de GOB-1 ont été créés par mutagénèse dirigée du résidu liant le zinc Gln116. Une étude cinétique détaillée a alors été réalisée en présence et absence de zinc additionnel montrant que GOB-1 est une enzyme très efficace, capable dhydrolyser efficacement tous les β-lactames testés. Les mutants du résidu Gln116 de GOB-1, produits par mutagénèse dirigée ont montré une perte d'activité qui ne peut pas être corrigée par addition de zinc, démontrant ainsi que GOB-1 n'est pas une enzyme hybride des sous-classes B2 et B3, comme cela avait été précédemment suggéré (Garau et al. 2004), mais plutôt une enzyme nouvelle et améliorée de la sous-classe B3, utilisant les dispositifs structuraux précédemment utilisés par les enzymes de la sous-classe B2 mais en améliorant l'effet.

L'utilisation d'antibiotiques pour lutter contre les infections bactériennes a favorisé l'émergence de souches résistantes. Comprendre les mécanismes de résistance est crucial pour lutter contre ces pathogènes. Cette thèse propose une étude structurale d'une pompe à efflux multidrogues de Pseudomonas aeruginosa qui se compose d'un transporteur MexB, d'une protéine canal OprM et d'une protéine adaptateur MexA. Les partenaires du complexe tripartite stabilisés en nanodisques ont permis la formation du complexe in vitro. L'optimisation des conditions de production du complexe a permis de cribler les différents paramètres régissant son assemblage. L'étude structurale par cryo-ME révèle un complexe de 30 nm de long en conformation de repos. L'étude de la stabilisation des protéines membranaires par nanodisques a conduit au développement d'un système minimal, débarrassé des lipides. Ce système minimal a révélé la nécessité d'une phase lipidique autour de MexB pour l'assemblage du complexe. / Antibiotics use against bacterial infections has led to the emergence of resistance. Understanding the mechanisms underlying resistance to antibiotics is critical to fight against these pathogens. This thesis presents a structural study of a multidrug efflux pump in Pseudomonas aeruginosa, composed of a transporter MexB, an exit duct OprM and an adaptor protein MexA. The proteins reconstituted in nanodiscs allowed tripartite complex formation in vitro. Optimization of yield led to the identification of key parameters governing complex assembly. Structural cryo-EM study revealed a 30 nm long complex in a resting state. The study of membrane protein stabilization by nanodisks led to the development of a minimal system devoid of lipids. This system showed a lipid phase around MexB is required for complex formation.