IPBS-Toulouse

Enveloppes mycobactériennes et cibles thérapeutiques

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Hedia Marrakchi

Responsable d'équipe

L’objectif principal de notre équipe de recherche est la caractérisation de cibles potentielles dans le contexte de l’amélioration de la thérapie antituberculeuse. Notre démarche consiste en l’identification de ces cibles, le décryptage de leurs mécanismes d’action ainsi que leurs rôles dans la physiologie et l’infection. Notre recherche comprend une meilleure compréhension des voies métaboliques et des enzymes impliquées dans la biogenèse des lipides de l’enveloppe cellulaire chez Mycobacterium tuberculosis.

Notre équipe étudie les voies métaboliques des lipides de l'enveloppe mycobactérienne afin de caractériser de nouvelles cibles et concevoir des agents thérapeutiques innovants pour lutter contre la tuberculose dans le contexte de l’antibiorésistance.

La tuberculose (TB), causée par Mycobacterium tuberculosis  (Mtb), est l’une des causes majeures de décès dans le monde. L’augmentation de la résistance aux médicaments met en évidence le besoin urgent de développer de nouveaux médicaments antituberculeux. Nous utilisons des approches interdisciplinaires pour découvrir des médicaments potentiels, que ce soit en identifiant et en exploitant des cibles antituberculeuses prometteuses présentant un intérêt pharmaceutique, ou en mettant au point de nouvelles molécules aux modes d’action inexplorés. Notre expertise repose sur des approches complémentaires en biochimie structurale et quantitative des lipides et des glycoconjugués, en microbiologie, en biologie moléculaire, en biotechnologie des protéines et en enzymologie, en développement d’essais enzymatiques et en validation de cibles.

Notre recherche s’articule autour de trois axes :

La caractérisation et inhibition d’enzymes impliquées dans la biogénèse de l’enveloppe mycobactérienne

L’enveloppe mycobactérienne est unique dans le monde bactérien, tant par sa composition riche en composés structurellement exotiques, que par son agencement, avec notamment la présence d’une membrane externe et d’une membrane interne.
Le ciblage des enzymes impliquées dans la biosynthèse de l’enveloppe mycobactérienne présente un intérêt majeur pour la découverte de médicaments antituberculeux. Notre approche est illustrée par l’étude de FAAL32, une acyl-AMP ligase et cible potentielle, impliquée dans la biosynthèse des acides gras à très longue chaîne de l’enveloppe des mycobactéries, appelés acides mycoliques. Pour valider cette protéine en tant que cible pharmacologique, nous avons développé d’un test biochimique qui détecte l’inhibition de FAAL32 et criblé une collection de 1280 médicaments déjà approuvés (Prestwick Chemical Library). Ce criblage a conduit à la découverte d’un composé salicylanilide, le closantel, et de certains de ses dérivés en tant qu’inhibiteurs qui ont une activité importante contre Mtb in vitro. Ces résultats suggèrent que le salicylanilide représente un pharmacophore prometteur pour la conception de nouveaux candidats antituberculeux qui ouvriraient de nouvelles possibilités de ciblage.

La caractérisation structurale et fonctionnelle d’enzymes activant des antibiotiques

De nombreux agents antituberculeux nécessitent une bioactivation, notamment par les Baeyer-Villiger monooxygénases (BVMO). Malgré l’importance émergente de ces enzymes versatiles, les caractéristiques structurales et fonctionnelles de ces BVMO restent mal connues. En combinant une approche in silico et la validation in vitro de l’activité des protéines, nous avons récemment mis en évidence des propriétés structurales et la sélectivité de substrat de ces enzymes. Ces caractéristiques constituent la base moléculaire de la compréhension structure-fonction de la spécificité de ces enzymes et ouvrent la voie à l’élargissement du répertoire des substrats des BVMO, y compris des proantibiotiques.
Nous étudions également les rôles physiologiques des protéines BVMO dans l’adaptation et la résistance de Mtb aux conditions de stress. Nous utilisons des mycobactéries génétiquement modifiées et des caractérisations phénotypiques et lipidomiques pour évaluer les changements induits ainsi que le remodelage de l’enveloppe cellulaire dans des conditions de stress.

L’utilisation de molécules bio-inspirées pour le développement de médicaments antituberculeux

Devant l’émergence croissante de souches de Mtb multi- et extrêmement résistantes aux traitements actuels, il est urgent de développer de nouvelles familles chimiques de médicaments antituberculeux agissant sur des cibles originales. Sur la base d’éléments récents, nous proposons que les lipides bio-inspirés – basés sur des composés isolés de plantes médicinales – représentent une nouvelle classe de molécules antituberculeuses avec de nouveaux mécanismes d’action. En collaboration avec des groupes de chimistes, nous développons une approche interdisciplinaire pour améliorer leur activité contre Mtb mais aussi d’autres mycobactéries pathogènes, en particulier Mycobacterium abscessus, et leurs propriétés pharmacocinétiques tout en diminuant leur cytotoxicité.

Équipe

Chercheurs-Enseignants chercheurs

Anne Lemassu (MCU CE, UPS)
Hedia Marrakchi (CR, CNRS)

Ingénieures 

Patricia Constant (IR1, CNRS)
Léa Masson

Doctorants

Martin Campoy
Dimitri Leonelli

Nos projets de recherche (en anglais)

Caractérisation et inhibition d’enzymes impliquées dans la biogénèse de l’enveloppe mycobactérienne

Caractérisation structurale et fonctionnelle d’enzymes activant des antibiotiques

Utilisation de molécules bio-inspirées pour le développement de médicaments antituberculeux

Daffé & Marrakchi (2019) Unraveling the structure of the mycobacterial envelope. Microbiol Spectr


Lanéelle et al. (2021) Lipid and lipoarabinomannan isolation and characterization. Methods Mol Biol


Le et al. (2022) Drug screening approach against mycobacterial fatty acyl-AMP ligase FAAL32 renews the interest of the salicylanilide pharmacophore in the fight against tuberculosis. Bioorg Med Chem


Le et al. (2020) The protein kinase PknB negatively regulates biosynthesis and trafficking of mycolic acids in mycobacteria. J Lipid Res


Tomas et al. (2022) Bioinformatic mining and structure-activity profiling of Baeyer-Villiger monooxygenases from Mycobacterium tuberculosis. mSphere

Organization of the mycobacterial envelope. AG, arabinogalactan; PG, peptidoglycan; GL, granular layer; PM, plasma membrane.