The interplay of teichoic acids and peptidoglycan syntheses in Streptococcus pneumoniae cell envelope

Chez Streptococcus pneumoniae, un pathogène humain opportuniste à Gram positif, l'enveloppe cellulaire contient une épaisse paroi composée de peptidoglycane (PG), un réseau 3D de chaînes de glycanes réticulées par de courts peptides, qui confère à la cellule sa forme et sa résistance mécanique à la pression de turgescence cytoplasmique. L'enveloppe Gram-positive contient également des acides téchoïques (TA), incluant les acides téchoïques de paroi (WTA) liés de manière covalente au PG, et les acides lipo-téchoïques (LTA) ancrés dans la membrane cytoplasmique. Chez S. pneumoniae, les TA sont décorés de résidus phosphocholine qui servent de sites d'amarrage aux protéines liant la choline (CBP, Choline-Binding Proteins), lesquelles ont des fonctions importantes dans le clivage du PG et la virulence.Alors que le PG a été intensivement étudié, les TA restent mal compris, bien qu’ils soient un composant majeur de l'enveloppe cellulaire. Pour examiner la synthèse des TA et leur lien avec le métabolisme du PG, nous avons appliqué des approches de biologie cellulaire et moléculaire. Nous avons notamment utilisé une méthode de marquage par chimie click, basée sur l'incorporation de métabolites modifiés dans les TA et le PG. Les métabolites incorporés peuvent ensuite être conjugués à des fluorophores cliquables, permettant l'observation des polymères par imagerie de fluorescence (analyse SDS-PAGE des TA isolés et visualisation des cellules par microscopie optique). En raison de la taille sub-diffractionnelle (~ 200 nm) de la région de synthèse du PG et des TA au niveau du site de division chez S. pneumoniae, nous avons utilisé la microscopie à reconstruction optique stochastique directe (dSTORM), capable d’atteindre une résolution de 20 nm, pour visualiser l’incorporation de nouveaux composants de la paroi au cours de la croissance cellulaire.Pour différencier le rôle des WTA et des LTA, nous avons examiné des souches mutantes délétées de lytR ou de tacL, les deux gènes codant pour les enzymes respectivement responsables de la dernière étape d'assemblage des WTA et des LTA. La technique de CEMOVIS (cryo-electron microscopy of vitreous sections) a montré une forte réduction de l'espace périplasmique lors de la suppression de lytR ou tacL, soulignant l'importance des TA dans le maintien de l'architecture de cette région encore mal comprise de l'enveloppe cellulaire. Curieusement, la couche de PG était également plus fine en l'absence de LytR ou de TacL, suggérant une interaction moléculaire entre les processus de synthèse des TA et du PG. La microscopie à contraste de phase a également montré que les cellules ∆tacL présentent des défauts divisionnels et morphologiques plus importants que les cellules ∆lytR. En combinant marquage fluorescent et analyse SDS-PAGE pour doser la quantité de TA par cellule, nous avons découvert une accumulation significative de précurseurs de TA dans la membrane des cellules ∆tacL. Cela met en évidence une compétition entre les voies de synthèse des WTA et des LTA pour l’utilisation de ces précurseurs. À l'appui de cela, l'analyse dSTORM a montré que l'excès de précurseurs de TA dans les cellules ∆tacL peut être utilisé pour la synthèse de WTA. De plus, une analyse en microscopie à force atomique (AFM) a suggéré que la paroi cellulaire est affaiblie dans les cellules ∆tacL par rapport aux souches sauvage et ∆lytR. Les LTA du pneumocoque jouent donc un rôle important dans l'assemblage du PG, et ils ne peuvent pas être remplacés par les WTA ou les précurseurs de TA. Étonnamment, des données préliminaires ont aussi montré que l'absence de LTA est associée à une altération de l'incorporation de D-acides aminés fluorescents par les synthases du PG, ainsi qu'à une sensibilité augmentée aux enzymes de clivage du PG. A partir de ces observations, nous proposons un modèle dans lequel les LTA seraient l'un des facteurs régulateurs de la synthèse et de l'hydrolyse du PG dans le périplasme de S. pneumoniae.