Une nouvelle méthode de criblage identifie la Nanaomycine A et ses analogues comme inhibiteurs fonctionnels du système de sécrétion de type IX de Porphyromonas gingivalis

Contexte académique

Porphyromonas gingivalis (la bactérie parodontale) est une bactérie anaérobie à Gram négatif, considérée comme l’un des principaux agents pathogènes de la parodontite chronique. Outre les maladies parodontales, P. gingivalis est également étroitement associée à diverses maladies systémiques telles que le diabète, la polyarthrite rhumatoïde, la démence et l’accouchement prématuré. Par conséquent, réduire la virulence de P. gingivalis est une stratégie clé pour traiter ces maladies.

P. gingivalis sécrète une série de protéases hautement hydrolytiques, appelées gingipaïnes, via son système de sécrétion de type IX (Type IX Secretion System, T9SS). Ces protéases permettent à la bactérie d’acquérir des peptides dans l’environnement comme source d’énergie. Bien que les protéines associées au T9SS aient été largement étudiées, aucun inhibiteur spécifique du T9SS n’a été découvert à ce jour. Ainsi, le développement d’une méthode de criblage pour identifier des inhibiteurs du T9SS est crucial pour étudier les mécanismes fonctionnels du T9SS et développer de nouveaux traitements contre les maladies parodontales.

Source de l’article

Cet article a été co-écrit par Yuko Sasaki, Takehiro Matsuo, Yoshihiro Watanabe, Masato Iwatsuki, Yuki Inahashi, Satoshi Nishida, Mariko Naito et Mikio Shoji. L’équipe de recherche est issue de l’Université de Nagasaki, de l’Université Kitasato et de l’Université Teikyo. L’article a été publié en ligne le 22 novembre 2024 dans la revue The Journal of Antibiotics, avec le DOI 10.1038/s41429-024-00790-8.

Déroulement et résultats de la recherche

1. Contexte et objectifs de l’étude

L’objectif de cette étude était de développer une nouvelle méthode de criblage pour identifier des inhibiteurs fonctionnels du T9SS. Pour ce faire, l’équipe de recherche s’est concentrée sur un milieu de culture liquide minimal appelé MC Medium (Milk Casein Medium), qui utilise la caséine du lait comme seule source de protéines. En observant les changements de turbidité de P. gingivalis dans le milieu MC, l’équipe espérait identifier des composés capables d’inhiber la fonction du T9SS.

2. Caractérisation du milieu MC

L’équipe a d’abord validé les propriétés du milieu MC. Ils ont découvert que la souche sauvage de P. gingivalis ATCC 33277 provoquait une augmentation de la turbidité dans le milieu MC, mais sans croissance bactérienne associée. Des expériences supplémentaires ont montré que l’iodoacétamide (IAM) et le carbonyl cyanure 3-chlorophénylhydrazone (CCCP) inhibaient significativement l’augmentation de la turbidité du milieu MC. L’IAM est un agent alkylant qui inhibe l’activité des gingipaïnes, tandis que le CCCP est un ionophore qui perturbe la force proton-motrice nécessaire au T9SS.

De plus, l’équipe a constaté que les mutants gingipaïne-null et T9SS-null ne provoquaient pas d’augmentation de la turbidité du milieu MC, indiquant que les changements de turbidité dépendaient de l’activité des gingipaïnes et de la fonction du T9SS.

3. Criblage des inhibiteurs du T9SS

Sur la base des propriétés du milieu MC, l’équipe a développé une méthode de criblage à haut débit pour identifier les inhibiteurs du T9SS. Ils ont utilisé une bibliothèque de composés naturels contenant 603 composés (Ōmura Natural Compound Library) et ont effectué le criblage à l’aide de plaques à 96 puits. Le critère de sélection était que les composés devaient inhiber l’augmentation de la turbidité du milieu MC sans affecter la croissance bactérienne dans le milieu BHI.

Grâce à ce criblage, l’équipe a identifié deux composés, OM-173αA et OM-173βA, qui inhibaient significativement l’augmentation de la turbidité du milieu MC sans affecter la croissance bactérienne dans le milieu BHI. Des expériences supplémentaires ont révélé que ces composés étaient des analogues de la Nanaomycine A.

4. Mécanisme d’action de la Nanaomycine A et de ses analogues

L’équipe a approfondi l’étude du mécanisme d’action de la Nanaomycine A et de ses analogues. Ils ont découvert que ces composés inhibaient la dégradation des protéines de caséine dans le milieu MC, mais n’inhibaient pas directement l’activité des gingipaïnes. Cela suggère que la Nanaomycine A et ses analogues pourraient inhiber la sécrétion des gingipaïnes en affectant la fonction du T9SS.

En outre, l’équipe a observé que la Nanaomycine A et ses analogues réduisaient significativement l’activité des gingipaïnes dans le milieu MC, en particulier l’activité de la Rgp (protéase spécifique à l’arginine). Cela indique que ces composés pourraient empêcher l’accumulation des gingipaïnes dans le milieu MC en inhibant la fonction du T9SS.

5. Validation expérimentale et analyse des données

Pour valider le mécanisme d’action de ces composés, l’équipe a mené plusieurs expériences. Ils ont analysé la dégradation des protéines de caséine dans le milieu MC par SDS-PAGE et ont constaté que la Nanaomycine A et ses analogues inhibaient significativement cette dégradation. De plus, ils ont vérifié l’effet de ces composés sur l’activité des gingipaïnes par des tests enzymatiques.

L’analyse des données a montré que l’inhibition de la Nanaomycine A et de ses analogues dans le milieu MC était dose-dépendante, avec une valeur IC50 d’environ 5 µM. Ces résultats soutiennent davantage le potentiel de ces composés en tant qu’inhibiteurs fonctionnels du T9SS.

Conclusions et implications

Cette étude conclut que le milieu MC peut servir d’outil de criblage efficace pour identifier les inhibiteurs fonctionnels du T9SS. Grâce à cette méthode, l’équipe a identifié avec succès la Nanaomycine A et ses analogues comme inhibiteurs potentiels du T9SS. Ces composés fournissent non seulement de nouveaux outils pour étudier les mécanismes fonctionnels du T9SS, mais offrent également des candidats moléculaires prometteurs pour le développement de nouveaux traitements contre les maladies parodontales.

Points forts de l’étude

1. Développement d’une nouvelle méthode de criblage : Cette étude est la première à exploiter les propriétés du milieu MC pour développer une méthode de criblage à haut débit des inhibiteurs du T9SS, offrant ainsi un nouvel outil pour étudier les mécanismes fonctionnels du T9SS.

2. Découverte de la Nanaomycine A et de ses analogues : L’équipe a identifié avec succès la Nanaomycine A et ses analogues comme inhibiteurs fonctionnels du T9SS, ouvrant la voie à des applications cliniques potentielles.

3. Élucidation du mécanisme d’action : À travers une série d’expériences, l’équipe a révélé que la Nanaomycine A et ses analogues inhibent la sécrétion des gingipaïnes en perturbant la fonction du T9SS, fournissant ainsi une nouvelle perspective pour l’étude du T9SS.

Autres informations utiles

Cette étude a également révélé que le CCCP inhibait la croissance de P. gingivalis dans le milieu BHI, mais montrait une inhibition plus forte dans le milieu MC. Cela suggère que le CCCP pourrait inhiber la croissance bactérienne en affectant la fonction du T9SS, plutôt qu’en inhibant simplement l’activité des gingipaïnes.

De plus, l’équipe a observé des variations dans les changements de turbidité du milieu MC entre différentes souches de P. gingivalis, ce qui pourrait être lié aux niveaux d’expression des gingipaïnes dans ces souches. Cette découverte offre de nouvelles pistes pour étudier les mécanismes de virulence de P. gingivalis.