Adhésine
Définition
Une adhésine est un ligand, une protéine de liaison spécifique des glucides, faisant saillie sur les cellules procaryotes (bactéries) et servant à l'adhérence. Les adhésines agissent comme facteurs de virulence qui permettent aux bactéries de se fixer aux cellules hôtes.
Présentes à la surface des bactéries ou des champignons, les adhésines sont des protéines qui aident à se fixer aux surfaces biotiques ou abiotiques par adhésion.
Les adhésines de Staphylococcus aureus :
Les bactéries avec des adhésines se lient à des récepteurs spécifiques à la surface des tissus pour empêcher leur élimination. Les adhésines peuvent être associées à des toxines et des invasines.
Explications
Les adhésines sont des complexes protéiques qui reconnaissent et se lient aux récepteurs protéiques également à la surface de la cellule hôte. Les adhésines se trouvent sur les agents pathogènes bactériens, viraux, fongiques et protozoaires.
Les adhésines sont des candidats vaccins attrayants car ils sont essentiels à l'infection et sont situés à la surface, ce qui les rend facilement accessibles pour les anticorps.
L'adhésion est souvent une étape essentielle de la pathogenèse bactérienne ou de l'infection pour coloniser le nouvel hôte. Pour se lier efficacement à la surface d'un hôte, de nombreuses bactéries produisent différents facteurs d'adhésion, appelés adhésines.
Les adhésines, comme récepteur, peuvent médier l'interaction des bactéries entre elles, avec des surfaces inanimées et avec des tissus et des cellules dans des organismes hôtes sensibles. Les adhésines aident l'agent pathogène à se fixer aux cellules et aux tissus hôtes en reconnaissant les molécules hôtes, une étape essentielle pour réussir à établir une infection.
Les adhésines bactériennes sont attachées à de fines structures filiformes longues d'un micron appelées pili ou fimbriae. Ce sont des structures rigides d'un diamètre de 2 à 10 nm. La structure consiste principalement en une protéine structurelle qui agit comme échafaudage, tandis que la protéine adhésine est présente à la pointe.
Les adhésines sont exprimées à la surface de la cellule hôte et (par exemple) les glycanes recouvrent les agents pathogènes, mais la situation inverse avec le glycane sur l'invité et la lectine sur le côté hôte est également de nature courante.
Exemples
Un exemple d'adhésine bactérienne est l'adhésine fimbriale de type 1, une molécule trouvée sur les extrémités des fimbriae d'Escherichia coli entérotoxinogène (ETEC). Rappelons que les fimbriae sont des poils de protéines ressemblant à des cheveux à la surface des cellules.
Les organismes qui infectent les voies urinaires, par exemple, résistent à l'action du lavage par l'urine en adhérant fortement à l'épithélium de la vessie via l'expression d'adhésines. Un bon exemple d'adhésine est composé des membres des bactéries uropathogènes Pili P.
L'adhésine bactérienne FimH :
FimH est une adhésine bactérienne qui aide les bactéries telles que Escherichia coli à se lier aux cellules hôtes et à leurs récepteurs (chez l'Homme, les protéines CD48 et TLR4, ou résidus de mannose).
L'efficacité des anticorps contre les adhésines est illustrée par FimH, l'adhésine de E. coli uropathogène (UPEC). Des expériences sur des animaux ont montré que l'immunisation passive avec des anticorps anti-FimH et la vaccination avec la protéine réduisaient considérablement la colonisation de l'UPEC. De plus, les adhésines FHA et la pertactine de Bordetella pertussis sont des composants de trois des quatre vaccins acellulaires contre la coqueluche (actuellement utilisés aux États-Unis).
Principe d'adhérence
L'adhérence du pathogène à une cellule hôte est l'une des premières étapes essentielles pour établir l'invasion, la colonisation et la libération de facteurs de virulence tels que les toxines. Comprendre les mécanismes utilisés par les agents pathogènes et les toxines pour adhérer et envahir les cellules humaines pourrait conduire au développement de nouvelles stratégies pour prévenir et contrôler la propagation des maladies infectieuses.
En se concentrant sur les interactions glucides-lectines utilisées par des agents de biomenace sélectionnés pour se lier et envahir les cellules hôtes, le principe d'utilisation de molécules anti-adhérentes, basé sur la recherche en glycobiologie, s'est déjà montré efficace dans le traitement de la grippe.
Par conséquent, la traduction du même principe à d'autres agents de biomenace qui interviennent dans l'invasion d'une cellule hôte par des mécanismes glucides-lectines est une stratégie très prometteuse. Nous étudions la littérature récente pour mettre en évidence les derniers développements dans le domaine de la glycobiologie axés sur l'inhibition des étapes initiales de l'invasion des agents pathogènes, avec des exemples d'interactions entre bactéries, toxines et virus.
Les glycomimétiques et les glycoconjugués réussis représentent des stratégies d'interruption de l'adhésion par des molécules simples et dans des systèmes multivalents contre E. coli uropathogène, plusieurs toxines (Shiga-like, choléra, botulinum) et des virus bien connus ou émergents (grippe, VIH, Ebola et Zika). Des orientations prometteuses existent avec un potentiel prophylactique et thérapeutique sur des stratégies anti-adhésives contre des cibles de biomenace sélectionnées.
Efficacité des adhésines
Une adhérence efficace et stable est une condition préalable à la colonisation microbienne et à l'invasion de la cellule hôte. La capacité d'un agent pathogène à se fixer aux cellules hôtes lui permet de surmonter les forces de cisaillement mécaniques naturelles et d'échapper aux mécanismes de surveillance immunologique.
L'attachement initial permet également l'accès aux nutriments et donne au pathogène suffisamment de temps pour exercer son mode d'action sur la cellule hôte, déployant efficacement son répertoire de facteurs de virulence, y compris la production de toxines. Les agents pathogènes se fixent d'abord à leur cellule hôte en utilisant de faibles interactions non spécifiques basées sur des propriétés physico-chimiques telles que la charge et l'hydrophobie.
Cette adsorption initiale est suivie d'interactions transitoires, permettant un mouvement de roulement ou de glissement, avec un mouvement lent pour échantillonner la surface de la cellule hôte.
Cette étape permet un appariement spécifique adhésine-récepteur et permet le ciblage d'un microbe particulier vers une surface spécifique (tropisme tissulaire). Les combinaisons de liaison par paires, à la fois du côté de l'invité et de l'hôte, peuvent varier en termes de molécules de surface qui peuvent être un sucre, une protéine ou un lipide.
La stratégie la plus couramment utilisée par les agents pathogènes implique l'interaction entre les lectines (protéines de liaison aux glucides) et les glycoconjugués de l'hôte (glycoprotéines, glycolipides et protéoglycanes), qui sont spécifiques du tissu cible. Inversement, les surfaces microbiennes peuvent également être riches en glycoconjugués tels que les capsules, les lipopolysaccharides et les peptidoglycanes qui se lient aux lectines des cellules hôtes.
Par conséquent, la recherche portant sur des molécules qui interviennent dans l'invasion d'une cellule hôte par le biais de mécanismes glucides-lectines est une stratégie très prometteuse pour inhiber les étapes initiales des agents de biomenace.
Interactions glucides-lectine
L'importance des glucides dans les processus biologiques complexes a été largement sous-estimée pendant des années. Avec l'analogie avec un alphabet à l'esprit, un langage moléculaire de la vie composé d'acides nucléiques et de protéines est complété par des glycanes.
Ces trois biomolécules assurent le flux d'informations des gènes aux activités cellulaires et la communication entre les cellules à tous les niveaux de la vie. Les nucléotides et les acides aminés sont prévisibles sur le plan de la traduction en raison de leurs arrangements linéaires, de leur synthèse basée sur des matrices et de leurs structures de liaison fixes.
En revanche, les blocs de construction monosaccharidiques peuvent différer dans l'arrangement des atomes dans l'espace tridimensionnel et ils possèdent la capacité de former des molécules hautement ramifiées.
La machinerie de glycosylation et les fonctions de nombreux glycoconjugués ont été décrites en détail ces dernières années et des paires glycane-lectine spécifiques ont été définies comme cruciales pour l'interaction des biomolécules lors de la reconnaissance immunitaire, de l'inflammation et de l'infection d'organismes pathogènes.
La découverte de nouvelles lectines a considérablement aidé à comprendre le rôle de la glycosylation en tant que modification post-traductionnelle avec son extrême diversification émergeant de la formation de saccharides complexes.
Les lectines montrent une faible affinité pour leurs ligands monovalents; cependant, un grand nombre de recherches se sont concentrées sur le rôle des récepteurs multivalents du glycane présentés sur les protéines et les lipides qui présentent des avidités élevées pour les lectines dans des processus biologiques spécifiques observés in vivo.
Grâce aux mécanismes de l'évolution, de nombreux agents pathogènes sont capables d'exprimer un éventail de différentes protéines impliquées dans l'adhésion et la toxicité, certaines apparaissant sous forme de multimères. Pour les bactéries, les fimbriae ou les pili sont les organites typiques utilisés lors d'un attachement initial.
Dans de nombreux cas, c'est une lectine monomérique avec un seul site de liaison à l'extrémité des fimbriae qui est la véritable adhésine et le grand nombre de ces structures externes à la surface bactérienne génère de multiples points d'ancrage. Un autre type de pili peut exprimer plusieurs lectines sur un organite pour fournir une multivalence par un "mécanisme Velcro".
Une adhésine de surface fimbriale ou une couche de surface de polysaccharide peuvent également être impliquées dans la fixation. De plus, les bactéries et les virus changent constamment dans les traits héréditaires entre les populations successives, et en raison des temps de génération courts, la diversité génétique est observée sous la forme d'un grand pool de mutants avec divers degrés de virulence et d'affinités de liaison aux glycanes.
La rapidité avec laquelle certains micro-organismes mutent a détruit les multiples tentatives de contrôle de certaines maladies par des immunisations préventives et a poussé le développement d'autres approches prophylactiques et thérapeutiques.
La base moléculaire des stratégies anti-adhésives vient de l'hypothèse qu'une fois l'adhérence inhibée ou altérée, l'organisme hôte n'est pas infecté du tout, ou il gagne un avantage de temps significatif pour que son système immunitaire surmonte une charge plus faible d'agents infectieux. Ces traitements pourraient également supplanter et disloquer les agents pathogènes qui se sont déjà attachés.
Les stratégies anti-adhésives n'entraînent pas la mort directe de l'agent pathogène mais dépendent plutôt du système immunitaire ou de la barrière physique de l'hôte pour l'élimination.
Les quatre types généraux d'inhibition compétitive de la liaison des agents pathogènes sont les analogues d'adhésine, les analogues de récepteur, les grands conjugués solubles ou les microbes modifiés, et les anticorps contre les épitopes glycane/lectine.
Les substituts concurrents sont soit produits synthétiquement, soit dérivés de sources naturelles, y compris des extraits de lait, de champignons, d'algues et de différentes parties de plantes, par ex. à partir de feuilles, de céréales et de baies.
Synonymes, antonymes
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