Équipe
Responsable d’équipe : Genevaux Pierre
Présentation
L’équipe utilise des approches de génétique moléculaire, de structure et de transcriptomique à l’échelle du génome pour caractériser de nouveaux mécanismes impliqués dans la résilience bactérienne, en particulier par l’activation de systèmes toxine-antitoxine répondant au stress et de réseaux de chaperons moléculaires. Récemment, l’équipe a découvert et caractérisé plusieurs nouvelles toxines agressives des systèmes toxine-antitoxine de Mycobacterium tuberculosis qui inhibent la traduction, notamment la toxine RNase TAC et la toxine nucléotidyltransférase MenT qui inhibe spécifiquement l’aminoacylation de l’ARNt pour contrôler la croissance bactérienne.
Models: Bacteria, Mycobacterium tuberculosis, M. smegmatis and E. coli ; Phages, P1, λ, T4-like
Level of analysis: Molecular genetics; biochemistry; RNA-seq; Structural Biology
Projet 1
Les systèmes toxine-antitoxine (TA) sont de petits éléments génétiques codant pour une toxine délétère et son antitoxine. Ils sont très répandus dans les génomes des bactéries et des archées, ainsi que dans les éléments génétiques mobiles. Ils font partie du système immunitaire bactérien et jouent un rôle dans la défense des bactéries contre l’infection par les phages, dans la maintenance des régions génomiques ou des plasmides et, dans certains cas, dans la virulence bactérienne et la persistance des antibiotiques. En outre, la nature hautement toxique de certaines toxines des systèmes TA a soulevé la possibilité que de nouvelles propriétés antibactériennes portées par les toxines puissent être utilisées pour identifier de nouvelles cibles médicamenteuses ou directement comme antimicrobiens auto-empoisonnés, seuls ou en combinaison avec l’antibiothérapie standard.
Dans notre laboratoire, nous caractérisons actuellement les mécanismes toxiques de plusieurs nouveaux systèmes TA à la fois chez Escherichia coli et Mycobacterium tuberculosis, comme l’ont illustré plus récemment nos découvertes de la famille de nucléotidyltransférase MenT spécifique de l’ARNt et de la toxine RNase dépendante du ribosome du système tripartite toxine-antitoxine-chaperon TAC. En outre, nous développons également des outils biotechnologiques basés sur l’AT pour la production de protéines.
Projet 2
Le repliement des protéines dans l’environnement cellulaire encombré repose sur l’assistance essentielle des chaperons moléculaires, qui protègent les protéines non natives d’un mauvais repliement et de l’agrégation. Les chaperons moléculaires sont présents dans toutes les cellules et tous les compartiments cellulaires et sont impliqués dans pratiquement tous les processus cellulaires connus. En conséquence, leur implication dans le cancer, les maladies neurodégénératives et la virulence bactérienne en a fait de nouvelles cibles thérapeutiques prometteuses. Les chaperons moléculaires agissent généralement par le biais de cycles de liaison et de libération de segments polypeptidiques hydrophobes qui sont souvent enfouis dans la forme native des protéines. Les segments peptidiques clients peuvent également être présents dans des complexes macromoléculaires natifs et, dans ce cas, les chaperons moléculaires peuvent orchestrer l’assemblage ou le désassemblage de ces complexes. En accord avec ces propriétés, les fonctions des chaperons moléculaires sont critiques lors du repliement de novo des protéines, en réponse aux stress de dénaturation, pour les voies de transduction des signaux et pour la translocation des protéines à travers les membranes biologiques.
Dans notre laboratoire, nous étudions actuellement de nouveaux chaperons moléculaires, en particulier chez M. tuberculosis, et développons des outils pour l’évolution dirigée des chaperons moléculaires vers des protéines « difficiles » chez les bactéries.
– Guillet V, Bordes P, Bon C, Marcoux J, Gervais V, Sala AJ, Dos Reis S, Slama N, Israel Mares-Mejía, Cirinesi AM, Maveyraud L, Genevaux P*, Mourey L*. 2019. Structural insights into chaperone addiction of toxin-antitoxin systems. Nat. Commun.10:782 https://doi.org/10.1038/s41467-019-08747-4 CNRS-Actu: https://www.insb.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/base-structurale-de-laddiction-de-systemes-toxine-antitoxine-un-chaperon-moleculaire
– Freire DM, Gutierrez C, Garza-Garcia A, Grabowska AD, Sala AJ, Ariyachaokun K, Panikova T, Beckham KSH, Colom A, Pogenberg V, Cianci M, Tuukkanen A, Boudehen YM, Peixoto A, Botella L, Svergun DI, Schnappinger D, Schneider TR, Genevaux P, de Carvalho LPS, Wilmanns M, Parret AHA and Neyrolles O. 2019. An NAD+ phosphorylase toxin triggers Mycobacterium tuberculosis cell death. Mol. Cell 73, 1–10 doi.org/10.1016/j.molcel.2019.01.028n CNRS-Actu: http://www.cnrs.fr/fr/tuberculose-tirer-parti-du-suicide-du-bacille
– Ayala S, Genevaux P, Hureau C, Faller P. 2019. (Bio)chemical Strategies To Modulate Amyloid-β Self-Assembly. ACS Chem. Neurosci. 2019 Aug 21;10(8):3366-3374 DOI: 10.1021/acschemneuro.9b00239 (review)
– Akarsu H, Mansour M, Bordes P, Bigot DJ, Genevaux P, Falquet L. 2019. TASmania: a bacterial Toxin-Antitoxin Systems database. PLoS Computational Biology, Apr 25;15(4):e1006946. doi: 10.1371/journal.pcbi.1006946
– Barriot R, Latour J, Castanié-Cornet MP, Fichant G*, Genevaux P*. 2020. J-Domain Proteins in Bacteria and their Viruses. J. Mol. Biol. 16 Apr 2020, DOI: 10.1016/j.jmb.2020.04.014
– Cai Y¥, Usher B¥, Gutierrez C, Tolcan A, Mansour M, Fineran PC, Condon C, Neyrolles O, Genevaux P*, Blower TR*. 2020. A nucleotidyltransferase toxin inhibits growth of Mycobacterium tuberculosis through inactivation of tRNA acceptor stems. Sci. Adv. 29 Jul: Vol. 6, no. 31, eabb6651, DOI: 10.1126/sciadv.abb6651 CNRS-Actu: https://insb.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/une-toxine-provoque-la-mort-de-m-tuberculosis-par-un-mecanisme-jusqualors-inconnu
– Texier P, Bordes P*, Nagpal J, Sala AJ, Mansour M, Cirinesi AM, Xu X, Dougan DA*, Genevaux P*. 2021. ClpXP-mediated Degradation of the TAC Antitoxin is Neutralized by the SecB-like Chaperone in Mycobacterium tuberculosis. J. Mol. Biol. Mar 5;433(5):166815. doi: 10.1016/j.jmb.2021.166815.
– Bordes P*, Genevaux P*. 2021. Control of Toxin-Antitoxin Systems by Proteases in Mycobacterium Tuberculosis. Front. Mol. Biosci. 2021 May 17;8:691399. doi: 10.3389/fmolb.2021.691399.
– Fauvet B, Finka A, Castanié-Cornet MP, Cirinesi AM, Genevaux P, Quadroni M, Goloubinoff P. 2021. Bacterial Hsp90 Facilitates the Degradation of Aggregation-Prone Hsp70-Hsp40 Substrates. 2021. Front. Mol. Biosci. 2021 Apr 15;8:653073. doi: 10.3389/fmolb.2021.653073.
– Zhao L, Castanié-Cornet MP, Kumar S, Genevaux P, Hayer-Hartl M, Hartl FU. 2021. Bacterial RF3 senses chaperone function in co-translational folding. Mol. Cell. Jun 2:S1097-2765(21)00400-7. doi: 10.1016/j.molcel.2021.05.016.
– Zuily L, Lahrach N, Fassler R, Genest O, Faller P, Sénèque O, Denis Y, Castanié-Cornet MP, Genevaux P, Jakob U, Reichmann D, Giudici-Orticoni MT, Ilbert M. 2022. Copper Induces Protein Aggregation, a Toxic Process Compensated by Molecular Chaperones. mBio. Apr 26;13(2):e0325121. doi: 10.1128/mbio.03251-21.
– Mansour M¥, Giudice E¥, Xu X, Akarsu H, Bordes P, Guillet V, Bigot DJ, Slama N, D’urso G, Chat S, Redder P, Falquet L, Mourey L, Gillet R*, Genevaux P*. 2022. Substrate recognition and cryo-EM structure of the ribosome-bound TAC toxin of Mycobacterium tuberculosis. Nat Commun. May 12;13(1):2641. doi: 10.1038/s41467-022-30373-w. CNRS-Actu: https://www.insb.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/inhibition-de-la-croissance-du-bacille-de-la-tuberculose-par-une-de-ses-toxines
– Xu X¥, Usher B¥, Gutierrez C, Barriot R, Arrowsmith TJ, Han X, Redder P, Neyrolles O, Blower TR*, Genevaux P*. 2023. MenT nucleotidyltransferase toxins extend tRNA acceptor stems and can be inhibited by asymmetrical antitoxin binding. Nat Commun. 14, 4644. https://doi.org/10.1038/s41467-023-40264-3, CNRS-Actu: https://www.insb.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/auto-intoxication-du-bacille-de-la-tuberculose-par-une-toxine-ciblant-la-synthese-des
– Arrowsmith TJ, Xu X, Xu S, Usher B, Stokes P, Guest M, Bronowska AK, Genevaux P*, Blower TR*. 2024. Inducible auto-phosphorylation regulates a widespread family of nucleotidyltransferase toxins. Nat Commun. 15, 7719. https://doi.org/10.1038/s41467-024-51934-1
– Marszalek J, et al (+36 authors), 2024, J-domain proteins: From molecular mechanisms to diseases, Cell Stress Chaperones. Vol 29, https://doi.org/10.1016/j.cstres.2023.12.002 (meeting reports).
– Xu X*, Barriot R, Voisin B, Arrowsmith Tj., Usher B, Gutierrez C, Han X, Pagès P, Redder P, Blower Tr, Neyrolles O, Genevaux P*. 2024. Nucleotidyltransferase toxin MenT extends aminoacyl acceptor ends of serine tRNAs to control Mycobacterium tuberculosis growth. Nat Commun 15, 9596 (2024). doi.org/10.1038/s41467-024-53931-w CNRS-Actu: https://www.insb.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/tuberculose-des-toxines-pour-de-nouveaux-traitements
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