Study of the conformational states of a bacterial multidrug ABC transporter BmrA
Etude du mécanisme moléculaire du transporteur de multiples drogues BmrA
Résumé
Antibiotic resistance is an urgent threat in common antibacterial therapies. Bacterial resistance can be conferred by several mechanisms, including the overexpression of dedicated efflux pumps that decrease antibiotic concentrations and promote bacterial adaptation by favoring the expression/selection of other resistance mechanisms. Among drug efflux pumps, the ATP-Binding Cassette (ABC) transporters are ubiquitous proteins that use ATP hydrolysis to translocate a wide diversity of substrates. They are also responsible for the development of MDR (MultiDrug Resistance) phenotypes in cancer cells and pathogenic microorganisms. Despite a wealth of structural data gained in the last two decades, the molecular mechanism of these multidrug efflux pumps remains elusive. The bacterial ABC exporter BmrA (“Bacillus multidrug resistance ATP”) is a structural and functional homologue to ABCB1, a human transporter involved in MDR phenotype in cancer cells. Together with extensive knowledge in its overexpression and purification, BmrA is a useful archetypical transporter to gain information on the functioning of multidrug ABC exporters. A multidisciplinary approach has been used to decipher how this transporter works at the molecular level and study the conformational changes associated with drug transport. A combination of mutations and/or ligands were used to study the global transport cycle of BmrA by Hydrogen-Deuterium Exchange Coupled to Mass Spectrometry (HDX-MS), Cryo-Electron Microscopy (cryo-EM) and biochemical methods. My PhD work gave new insights into the conformational changes upon binding and release of transported drugs by BmrA, as well as a better understanding of the mechanism of coupling between the ATPase and transport activity of the protein. These results pave the way for strategies to counteract resistance mechanisms.
La résistance aux antibiotiques est un enjeu majeur de santé publique et implique des mécanismes multiples. Parmi eux, les pompes à efflux jouent un rôle clé dans cette adaptation. Celles-ci permettent de diminuer la concentration en antibiotique et de promouvoir l'expression/la sélection d'autres mécanismes de résistance chez la bactérie. Parmi les pompes à efflux, les transporteurs ATP-Binding Cassette (ABC) sont des protéines ubiquitaires qui utilisent l’hydrolyse de l’ATP pour fonctionner. Ceux-ci sont notamment responsables du développement du phénotype de multirésistance aux médicaments (MDR) dans les cellules cancéreuses et dans des micro-organismes pathogènes. Malgré l’augmentation du nombre de structures de transporteurs ABC de multiples drogues, les mécanismes moléculaires impliqués dans le transport de ces molécules sont toujours mal compris. L’exportateur bactérien BmrA (« Bacillus multidrug resistance ATP ») est un proche homologue de ABCB1, un transporteur humain impliqué dans les phénotypes MDR dans les cellules cancéreuses. En raison des larges connaissances sur son expression et sa purification, BmrA est un transporteur archétype utile afin d’étudier le fonctionnement des exportateurs ABC. Une approche multidisciplinaire a été utilisée afin d‘étudier le fonctionnement de BmrA par le biais de méthodes biochimiques (utilisation de mutants, tests de fonctionnalités in vitro), biophysiques et structurales (HDX-MS, cryo-EM). Mes travaux de thèse ont permis de caractériser les changements conformationnels liés à la fixation et au relargage de drogues transportées par BmrA, mais aussi de mieux comprendre le mécanisme de couplage entre l’activité d’hydrolyse de l’ATP et de transport de la protéine. Ces résultats ouvrent la voie vers de nouvelles stratégies pour contrer les mécanismes de résistance.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
---|