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L’ubiquitine (Ub) est une petite protéine de 8,6 kDa qui modifie les substrats cibles en s’attachant covalemment à ceux-ci à sa glycine C-terminale, créant une liaison isopeptidique avec le groupe ε-amino des résidus de lysine dans un processus appeléubiquitination 1. Ce phénomène est régi par une série d’étapes orchestrées impliquant une enzyme activant l’ubiquitine E1, une enzyme conjuguant l’ubiquitine E2, et une ligase ubiquitineE3 1,2,3. Ub peut être attaché sous forme de monomère ou de chaînes de différentes longueurs via ses sept résidus de lysine (linéaire/M1, K6, K11, K27, K29, K33, K48 et K63). Ces chaînes Ub uniques agissent comme marqueurs moléculaires pour diverses fonctions cellulaires, telles que la dégradation protéosomale, le trafic cellulaire, la réparation de l’ADN et l’autophagiesélective 3.
Bien que le rôle canonique de l’ubiquitination soit depuis longtemps associé au maintien de l’homéostasie cellulaire, comme la dégradation des protéines mal repliées via des protéasomes ou la direction de charges spécifiques vers une autophagiesélective 5,6, il est désormais évident que l’ubiquitine agit également comme un mécanisme de détection crucial du système immunitaire cytosolique contre les infections bactériennes. Les bactéries intracellulaires infiltrent fréquemment les cellules hôtes pour éviter d’être détectées par la réponse immunitaire extracellulaire et se reproduisent dans un environnement protégé 7,8. De nombreux agents pathogènes utilisent des systèmes sécrétoires et des toxines pour endommager irrémédiablement les vacuoles qui les transportent, permettant ainsi de s’échapper dans le cytosol pour obtenir des nutriments 9,10. Une fois dans le cytosol, ces bactéries sont décorées de chaînes polyubiquitine par des ligases spécifiques E3, agissant comme une « étiquette de mort » moléculaire, qui les dirige vers une élimination sélective. Par exemple, la ligase E3 SMURF1 engage Mycobacterium tuberculosis en initiant une polyubiquitination liée à K48 directement à sa surface, ce qui conduit à sa dégradation via le protéasome11. La parkine s’accumule dans les vacuoles contenant des bactéries et forme les chaînes d’ubiquitine liées àK63 12, tandis que ARIH1 et LRSAM1 modifient les surfaces des bactéries avec respectivement des chaînes K48 et K6, inhibant ainsi la croissancebactérienne 13,14. Bien que la majorité des ligases E3 ciblent principalement les substrats protéiques de l’hôte, certaines ligases présentent une spécificité notable pour les composants microbiens. RNF213 identifie et ubiquitine les lipopolysaccharides (LPS) trouvés sur Salmonella enterica serovar Typhimurium15, et le complexeSCF FBXO2 reconnaît les glycanes bactériens présents dans le Streptococcus du groupe A comme substrat pour l’ubiquitination16, facilitant la xénophagie. Le complexeSCF FBXW7, quant à lui, reconnaît les motifs degron dans les protéines de surface de Streptococcus pneumoniae (SPN). Celles-ci incluent β-galactosidase A (BgaA) et la protéine de surface pneumococcique A (PspA), qui, après marquage avec des chaînes polyubiquitines liées à K48, confirmées par un anticorps spécifique Bin lié à K48, attirent vraisemblablement le système protéosomal, permettant une élimination bactérienneefficace 17.
Bien que le processus de marquage de ces envahisseurs cytosoliques avec l’ubiquitine soit bien compris, le mécanisme ultérieur par lequel le système protéosomal élimine de telles entités microbiennes majeures reste douteux. Des recherches récentes ont révélé que l’ATPase AAA+ de l’hôte, VCP/p97 (protéine contenant la valosine), joue un rôle crucial dans ce processus. En collaboration avec des cofacteurs comme UFD1 et NPLOC4, le VCP peut identifier les bactéries marquées de polyubiquitine et extraire physiquement les protéines ubiquitinées de la membrane bactérienne, les rompant ainsi et facilitant leur élimination du milieu cytosolique sans dépendre de la machinerieprotéosomale 18.
Le cytosol de l’hôte contient un réseau complexe de voies immunitaires qui fonctionnent en parallèle et de manière infaillible pour garantir l’élimination des agents pathogènes. Cette redondance est cruciale pour une défense solide, mais elle complique les efforts pour identifier et examiner le rôle des facteurs immunitairesindividuels 19. À cet égard, les systèmes de reconstitution in vitro offrent une plateforme utile pour analyser des voies spécifiques dans des conditions contrôlées. Ici, nous introduisons un système sans cellules qui récapitule le processus d’ubiquitination et de perte de viabilité du SPN en utilisant des lysats cellulaires de mammifères ou des enzymes E1-E2-E3-Ub ainsi que des complexes effecteurs de l’hôte purifiés. Dans ce protocole en deux étapes, nous facilitons d’abord la conjugaison des chaînes de polyubiquitine sur les bactéries, suivies d’une évaluation de leur élimination par VCP/p97 en association avec UFD1 et NPLOC4. En reconstituant cette voie in vitro, nous contournons les complexités cellulaires et étudions spécifiquement la capacité du VCP à neutraliser le pathogène. Cette configuration précise permet une exploration détaillée de la reconnaissance du substrat, de la spécificité des chaînes, du mode d’action de l’effecteur et des composants essentiels nécessaires pour initier une réponse efficace.