Dans les cellules eucaryotes, les protéines kinases à sérine/thréonine (StpK) jouent un rôle important dans la restriction des infections virales. Les StpK sont généralement activées lors de l'infection et inhibent l'expression des gènes au centre de la réplication virale.
Le 10 août 2023, l'équipe de He Zhengguo à l'Université du Guangxi (avec Li Xiaohui comme premier auteur) a publié un article en ligne intitulé « Le phage mycobactérien TM4 nécessite une protéine kinase Ser/Thr de type eucaryote pour faire taire et échapper à l'immunité anti-phage », qui rapportait qu'un StpK7 de type eucaryote codé par MSMEG_1200 est nécessaire pour que Mycobacterium pubescens TM4 échappe à la défense bactérienne dans Mycobacterium pubescens.
StpK7 est situé dans l'îlot génétique MSMEG_1191MSMEG_1200 et contient plusieurs gènes de résistance aux phages similaires au système de résistance aux phages BREX (rejet des phages). stpK7 régule négativement l'expression de cet îlot génétique. Lors de l'infection par le phage TM4, StpK7 est induit à phosphoryler directement le régulateur transcriptionnel MSMEG_1198 et à inhiber son activité régulatrice positive, réduisant ainsi l'expression de plusieurs gènes en aval dans l'îlot génétique de type BREX. Une analyse plus approfondie a montré que les gènes de cet îlot anti-phage jouent un rôle régulateur clé dans l'hémostase lipidique de Mycobacterium et l'adsorption des phages. Dans l'ensemble, ce travail caractérise un réseau de régulation piloté par StpK7 qui est exploité par le phage TM4 pour échapper aux défenses de l'hôte contre Mycobacterium.
Les mycobactéries appartiennent à un grand groupe d'actinomycètes Gram positifs, dont les plus connus sont des agents pathogènes humains à croissance lente, notamment Mycobacterium tuberculosis, responsable de la tuberculose humaine, et Mycobacterium leprae, responsable de la lèpre. Il comprend également Mycobacterium pubescens, une bactérie putréfiante non toxique à croissance relativement rapide. Le système CRISPR-CAS a été caractérisé chez les espèces de Mycobacterium et a montré une résistance à la transformation par des plasmides étrangers. En outre, le génome de Mycobacterium code un certain nombre de systèmes immunitaires innés, tels que les systèmes de modification de restriction et les systèmes toxine-antitoxine. Cependant, la fonction de défense de ces systèmes immunitaires innés contre les phages n'a pas été décrite. Il est intéressant de noter que chez Mycobacterium pubescens, la synthèse et la localisation des glycolipides et des phospholipides peuvent altérer la capacité d'adsorption des phages, et que des mutations dans des gènes apparentés peuvent affecter la résistance bactérienne aux phages. Chez Mycobacterium abscessus, les souches à morphologie de colonie lisse causée par des mutations dans les gènes ont montré une plus forte résistance aux phages. Ainsi, la régulation du métabolisme des glycolipides chez Mycobacterium est étroitement liée à sa résistance aux phages. Cependant, les voies et mécanismes spécifiques restent mal compris.
Récemment, certaines protéines de type eucaryote trouvées dans les bactéries ont été signalées comme ayant une fonction de défense contre l'infection par les phages, telles que les protéines du domaine structurel du récepteur de l'interleukine Toll qui interviennent dans l'épuisement intracellulaire du NAD+ dans les cellules bactériennes et conduisent à la mort cellulaire, ainsi que StpK, qui réprime la transcription virale par la production de ribonucléotides modifiés, sont présentes chez les eucaryotes et la plupart des bactéries, et agissent généralement comme antiviraux. Chez les eucaryotes, certaines StpK peuvent être activées par la signalisation virale et inhiber davantage l'infection virale en bloquant la synthèse des protéines virales. Chez les bactéries, les StpK ont de nombreuses fonctions physiologiques, telles que la régulation de la synthèse de la paroi cellulaire, de la division cellulaire et de la dormance. Cependant, l'étude de la régulation par StpK des interactions phage-hôte n'a été rapportée que chez quelques bactéries. Cela entraîne la phosphorylation de certaines protéines associées à la traduction, à la réparation de l'ADN et au métabolisme central, conduisant à la mort cellulaire et protégeant ainsi les cellules voisines de l'infection par les phages. Chez Streptomyces, StpK est impliqué dans la défense contre les phages en tant que composant du système de défense Pgl et BREX, mais son rôle exact est inconnu.
Diagramme du modèle de mécanisme (image de Cell Host & Microbe)
Il est remarquable de constater que le génome de Mycobacterium tuberculosis code 11 StpK, dont PknA et PknB appartiennent au même manipulateur essentiel à la croissance des mycobactéries. Bien que ces StpK jouent un rôle important dans la synthèse de la paroi cellulaire, la morphologie et la division cellulaires, le transport des lipopolysaccharides, la résistance à la pression osmotique, la virulence et de nombreux autres aspects de la physiologie bactérienne, leur rôle dans les interactions mycobactéries-phages n'a pas été décrit. On ignore si ces StpK de type eucaryote sont impliquées et comment elles régulent le processus d'infection par les phages.
Le phage TM4 est un phage à ADN double brin dont le génome compte 52 797 paires de bases (pb). Il infecte les bactéries Mycobacterium pubescens à croissance rapide et Mycobacterium tuberculosis à croissance lente. Le phage TM4 se réplique 20 minutes après l'infection de la bactérie hôte et lyse la cellule hôte 4 heures après l'infection de la cellule hôte. Il est actuellement largement utilisé pour la manipulation génétique des mycobactéries. Cependant, on sait peu de choses sur l'interaction du phage TM4 avec les bactéries hôtes et sur les mécanismes de défense de l'hôte contre le phage TM4.
Cette étude a évalué systématiquement les 13 gènes StpK non essentiels codés par le génome de Mycobacterium pubescens et a découvert que l'inactivation de stpK7 améliorait considérablement la résistance de Mycobacterium au phage TM4. Cette étude indique que le gène unique StpK7 est essentiel à l'infection par le phage TM4 chez Mycobacterium pubescens. D'une importance particulière, stpK7 est situé dans un îlot de gènes de type BREX jusqu'alors non défini et peut faire taire les défenses de l'hôte en phosphorylant directement les facteurs de transcription sur l'îlot, maintenant ainsi la capacité d'adsorption du phage TM4 et inhibant la mort cellulaire de Mycobacterium. En conclusion, cette étude a réussi à démêler un réseau de régulation piloté par StpK7-de type eucaryote qui est exploité par le phage TM4 pour échapper à la défense de l'hôte des îlots de gènes résistants aux phages de type BREX chez Mycobacterium. Ce travail enrichit grandement la compréhension du mécanisme d’évasion des défenses de l’hôte du phage Mycobacterium.
