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Jul 12, 2023

Biologie des communications volume 6, Numéro d'article : 878 (2023) Citer cet article

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Les infections par Clostridioides difficile, une bactérie qui cible le gros intestin (côlon), touchent un grand nombre de personnes dans le monde. La colonisation bactérienne est médiée par deux exotoxines : les toxines A et B. Les peptides courts qui peuvent être délivrés dans l'intestin et inhiber l'activité biocatalytique de ces toxines représentent une stratégie thérapeutique prometteuse pour prévenir et traiter C. diff. infection. Nous décrivons une approche qui combine un algorithme Peptide Binding Design (PepBD), des simulations au niveau moléculaire, un test de dépistage rapide pour évaluer la liaison peptide:toxine, un test primaire basé sur des cellules humaines et des mesures de résonance plasmonique de surface (SPR) pour développer un peptide. inhibiteurs qui bloquent la toxine A dans les cellules épithéliales du côlon. Un peptide, SA1, bloque la toxicité du TcdA dans les cellules épithéliales primaires du côlon humain (gros intestin). SA1 se lie à TcdA avec un KD de 56,1 ± 29,8 nM tel que mesuré par résonance plasmonique de surface (SPR).

Clostridioides difficile (C. diff.) est une bactérie Gram-positive sporulée qui infecte le tractus intestinal des humains et des animaux. Au cours de la dernière décennie, C. diff. l’infection est la principale cause de diarrhée et d’inflammation du côlon en Amérique du Nord et en Europe1. Dans de nombreux cas, l’infection à C. difficile est la conséquence d’un déséquilibre microbien provoqué par un traitement excessif avec des antibiotiques tels que la pénicilline, le carbapénème et la fluoroquinolone2,3. Ceux-ci perturbent le microbiome intestinal, permettant la germination de C. diff. spores et conduisant à la prolifération de bactéries et à la libération ultérieure de toxines virulentes. En 2017, plus de 200 000 personnes ont été infectées par C. diff. entraînant 12 800 décès rien qu’aux États-Unis4,5. La plupart des infections sont associées aux soins hospitaliers et plus de 80 % des décès surviennent chez des personnes de plus de 65 ans6. L’épithélium colique est le principal site d’infection car les cellules épithéliales qui tapissent la paroi intestinale sont très sensibles aux effets des toxines de C. diff et C. diff colonise préférentiellement le côlon7,8.

La pathogénicité de C. diff. dérive principalement de deux toxines majeures : la toxine A (TcdA) et la toxine B (TcdB)9,10. C. diff. adhère à la paroi intestinale en utilisant les protéines de sa couche superficielle et produit deux grandes toxines rho-glucosylantes, TcdA et B, qui partagent une homologie de séquence d'environ 63 %11,12. Ces toxines comprennent quatre domaines : le domaine de la glucosyltransférase (GTD), le domaine de l'autoprotéase (APD), le domaine de délivrance et le domaine combiné des oligopeptides répétitifs (CROP) (Fig. 1a). Le C. diff. les toxines agissent via un mécanisme intracellulaire en quatre étapes (Fig. 1b) : (1) Le domaine CROP, qui se trouve à l'extrémité C-terminale des toxines, se lie aux molécules de glucides et aux protéines à la surface des cellules épithéliales du côlon13,14,15. ; (2) le domaine de délivrance aide à transférer la toxine dans le cytosol des cellules cibles ; (3) l'APD coupe le GTD du reste de la toxine ; et (4) le GTD utilise le glucose diphosphate d'uridine (UDP-glucose) pour glucosyler les GTPases de la famille Rho qui sont présentes dans les cellules épithéliales intestinales. La glucosylation de ces GTPases de la famille Rho perturbe la transcription, la progression du cycle cellulaire, l'apoptose et la régulation du cytosquelette, entraînant des effets cytopathiques et cytotoxiques16,17,18,19.

a La structure cristalline de la toxine A avec le domaine glucosyltransférase (GTD, rouge), le domaine autoprotéase (APD, bleu) et le domaine d'administration (orange) (ID PDB : 4R04) est illustrée. b Schéma de la toxicité induite par la TcdA dans les cellules épithéliales humaines. c Le site catalytique de TcdA (représenté en bleu) dans le GTD (rouge) joue un rôle important dans l'induction de C. diff. infection.

Plusieurs approches thérapeutiques ont été développées pour traiter C. diff. infection. La pratique courante est le traitement par antibiotiques (métronidazole et vancomycine), mais dans 20 % des cas, l’infection récidive20. L'exposition à ces antibiotiques modifie la communauté microbienne de l'intestin, facilitant la colonisation par C. diff21. Merck a introduit un anticorps monoclonal, le Bezlotoxumab (commercialisé sous le nom de Zinplava) qui cible la toxine B de C. diff. Même si le taux d'infection récurrente chez les patients recevant du Bezlotoxumab était nettement inférieur à celui des cohortes traitées aux antibiotiques, le coût élevé d'une dose unique (~ 4 K$) et sa perfusion intraveineuse sont onéreuses22,23. Un autre C. diff. Le traitement est la transplantation de microbiote fécal (FMT), un traitement expérimental non encore approuvé par la FDA24. Les méthodes d'administration du FMT et les stratégies de dosage optimales varient encore d'un cas à l'autre. De plus, la FMT comporte un risque de transmission de maladies infectieuses et de bactéries résistantes aux antibiotiques25.