Avec un quart de la population mondiale infectée et 1,5 millions de décès en 2020, la tuberculose est considérée par l’Organisation mondiale de la santé (OMS) comme une urgence sanitaire mondiale [1]. Cette infection est provoquée par l’agent pathogène Mycobacterium tuberculosis (ou bacille de Koch) [2], une mycobactérie appartenant à l’ordre des Actinomycètes. Ce genre bactérien est caractérisé par la présence d’une paroi cellulaire, appelée mycomembrane, épaisse, très hydrophobe et riche en glycolipides et en acides mycoliques [3].

La tuberculose se transmet par voie aérienne via des gouttelettes contenant les bacilles rejetés par les malades lors des expectorations [4] (Figure 1A). Elle est caractérisée par deux phases : une phase active, pendant laquelle l’individu est contagieux, et une phase latente. Au cours de cette phase de latence, la bactérie va chercher à déjouer le système immunitaire en rentrant en phase de dormance avec, notamment, la formation de granulomes tuberculeux. En effet, lors de l’infection, des cellules immunitaires s’agrègent pour former des structures complexes portant le nom de granulomes tuberculeux, comprenant des macrophages riches en lipides, dits macrophages spumeux. Les individus porteurs de ces granulomes ne sont pas contagieux. Mais les bactéries dormantes peuvent être réactivées, ce qui aboutit à la reprise de la phase active [5].

Figure 1. Cycle de vie de Mycobacterium tuberculosis et modèles utilisés pour l’obtention d’inclusions lipidiques intracytosoliques. A. Représentation du cycle infectieux de M. tuberculosis. Les bacilles sont expectorés des voies respiratoires du malade via des gouttelettes. Les bactéries vont ensuite contaminer un nouvel hôte en se logeant dans ses alvéoles pulmonaires. Les macrophages alvéolaires vont venir phagocyter la bactérie, et le recrutement de cellules immunitaires aboutit à la formation du granulome tuberculeux. Après un certain temps, le granulome peut se rompre, entrainant la dissémination des bacilles dans l’organisme, rendant l’hôte de nouveau malade et contagieux. B. Au centre du granulome, les bactéries peuvent être libres dans le caséum, un milieu riche en lipides ou être présentes dans les lysosomes de macrophages spumeux riches en corps lipidiques. Lors de la phase de dormance, les bactéries vont accumuler des réserves lipidiques sous forme d’inclusions lipidiques intracytosoliques (ILI) (représentation graphique créée avec BioRender).

Figure 1. Cycle de vie de Mycobacterium tuberculosis et modèles utilisés pour l’obtention d’inclusions lipidiques intracytosoliques. A. Représentation du cycle infectieux de M. tuberculosis. Les bacilles sont expectorés des voies respiratoires du malade via des gouttelettes. Les bactéries vont ensuite contaminer un nouvel hôte en se logeant dans ses alvéoles pulmonaires. Les macrophages alvéolaires vont venir phagocyter la bactérie, et le recrutement de cellules immunitaires aboutit à la formation du granulome tuberculeux. Après un certain temps, le granulome peut se rompre, entrainant la dissémination des bacilles dans l’organisme, rendant l’hôte de nouveau malade et contagieux. B. Au centre du granulome, les bactéries peuvent être libres dans le caséum, un milieu riche en lipides ou être présentes dans les lysosomes de macrophages spumeux riches en corps lipidiques. Lors de la phase de dormance, les bactéries vont accumuler des réserves lipidiques sous forme d’inclusions lipidiques intracytosoliques (ILI) (représentation graphique créée avec BioRender).

Bien que la tuberculose pulmonaire soit la plus répandue, il existe d’autres formes de la maladie dans lesquelles les bacilles peuvent se propager dans d’autres tissus ou organes, tels que le foie et les os. Ces formes sont connues sous le terme de tuberculose extrapulmonaire. La maladie est dite miliaire ou disséminée lorsque plusieurs tissus sont infectés simultanément [6].

Depuis 1921, un traitement préventif contre la tuberculose existe. Il consiste en un vaccin, le BCG (bacille de Calmette et Guérin), très efficace chez l’enfant. L’efficacité de ce vaccin est toutefois plus limitée chez l’adolescent et l’adulte pour prévenir la tuberculose pulmonaire, qui est la forme la plus courante [1].

Les traitements actuels, composés d’un cocktail d’antibiotiques administré pendant six mois à deux ans, peuvent être à l’origine de l’apparition de souches résistantes¹, qui nécessitent des traitements beaucoup plus coûteux. Aussi, la recherche s’oriente vers l’identification de nouvelles stratégies thérapeutiques ciblant des molécules nécessaires à la survie de M. tuberculosis chez son hôte.

Au cours de l’infection, les bactéries ont la capacité d’accumuler dans leur cytoplasme des lipides sous forme d’inclusions lipidiques intracytosoliques, ou ILI, caractéristiques de la phase de latence au cours de laquelle le métabolisme bactérien est ralenti. Durant cette phase, un arrêt de la division cellulaire bactérienne et une élongation des cellules sont observés [7]. La formation des ILI chez M. tuberculosis a lieu dans le granulome. Lorsqu’elles sont phagocytées par les macrophages, certaines bactéries induisent leur différenciation en macrophages spumeux, riches en lipides [5]. Ces corps lipidiques fusionnent avec le phagosome contenant M. tuberculosis, fournissant à la bactérie des lipides sous la forme de triacylglycérol (TAG). Ces TAG seront ensuite hydrolysés par les lipases bactériennes en glycérol puis en acides gras libres, qui s’accumulent sous forme d’ILI dans les bactéries et servent de source de nutriments et d’énergie, indispensable lors de la réactivation des bactéries [8].

Des bactéries peuvent également se retrouver libres dans le caséum, un environnement pauvre en nutriments mais riche en sources lipidiques, situé au centre du granulome (Figure 1B). Dans les deux cas, les bactéries sont capables d’utiliser les acides gras pour former des ILI dans leur cytoplasme. Il a été montré récemment que la faible biodisponibilité en nutriments (condition rencontrée dans le caséum) induisait la formation d’ILI, ce qui contribue à la survie des bactéries et à leur persistance dans les granulomes [7].

Afin d’étudier la formation des ILI dans les deux localisations (macrophage et caséum), deux modèles ont été développés (Figure 1B). Dans le premier modèle, les bactéries sont cultivées dans un milieu riche en glycérol et pauvre en azote, imitant les conditions du caséum [7]. L’autre modèle mime le macrophage spumeux : des macrophages infectés par M. bovis, la souche responsable de la tuberculose bovine, sont incubés en présence de lipoprotéines de très faibles densités (VLDL) très riches en TAG [8] qui vont être internalisées par les cellules, permettant la formation des macrophages spumeux. La dégradation de ces VLDL dans les lysosomes permet la formation de corps lipidiques qui servent de réserves de lipides. Les mycobactéries contenues dans les phagosomes vont alors hydrolyser ces lipides et produire des acides gras libres, qui vont être utilisés pour former les ILI.

Des travaux récents montrent l’implication des lipases mycobactériennes dans la formation et la dégradation des ILI et décryptent leur mécanisme d’action.

M. tuberculosis produit un grand nombre de lipases, les enzymes qui hydrolysent les TAG en glycérol et acides gras libres, ces derniers pouvant être internalisés et stockés par le microorganisme pathogène. La lipase LipY, par exemple, est considérée comme un acteur majeur de la dégradation bactérienne des TAG. LipY appartient au groupe des protéines proline-glutamate (PE), caractérisées par un domaine N-terminal long d’une centaine d’acides aminés et contenant les résidus proline et glutamate, respectivement en position 9 et 10 [9]. LipY existe sous deux formes chez M. tuberculosis, une forme entière, intracellulaire, et une forme tronquée, extracellulaire, dépourvue de son domaine N-terminal et donc du domaine PE [9]. Afin de comprendre les mécanismes de maturation et d’action de cette enzyme, les chercheurs ont étudié l’activité lipolytique de différentes formes de LipY et ont montré que la forme entière de LipY présentait une activité réduite en comparaison de la forme dépourvue du domaine PE (LipYΔPE) [8]. En effet, une analyse structure-fonction de cette lipase a révélé que le domaine PE provoquait un encombrement stérique au niveau du site de liaison du substrat, impactant négativement l’activité lipasique de LipY [9].

Afin de mieux comprendre comment LipY est sécrétée, différents variants de cette protéine ont été produits, soit par délétion du domaine PE, soit par substitution de résidus clés dans le signal de sécrétion. Ces études ont révélé la présence d’un signal de sécrétion du type YXXXD/E dans le domaine PE, permettant à LipY d’être sécrétée par le système ESX-5, un des systèmes de sécrétion de type VII [9]. Après reconnaissance du signal de sécrétion, la protéine est clivée par la protéase MycP5 qui reconnaît les résidus 148, 149 et 150 de la lipase. LipY dépourvue de son domaine PE est ensuite ancrée à la face externe de la membrane bactérienne, et peut ainsi hydrolyser les TAG présents dans la lumière du phagosome des cellules hôtes ou dans le caséum [9] (Figure 2).

Figure 2. Mécanismes d’actions intracellulaire et extracellulaire de LipY. 1. La lipase LipY est sécrétée par le système de sécrétion de type VII ESX-5, et le domaine PE est clivé par la protéase MycP5. 2. La protéine sécrétée est ancrée à la mycomembrane. 3. Les corps lipidiques de l’hôte fusionnent avec le phagosome, libérant dans ce dernier des TAG. 4. Les TAG du phagosome sont dégradés en acides gras libres par LipY membranaire. 5. Les acides gras libérés sont internalisés par la bactérie et permettent la formation d’ILI (eux-mêmes composés de TAG) dans le cytoplasme bactérien. 6. En cas de carence, les ILI sont dégradés par la forme intracellulaire de LipY, ce qui permet la libération d’acides gras fournissant l’énergie nécessaire à la sortie de la phase de dormance (représentation graphique créée avec BioRender).

Figure 2. Mécanismes d’actions intracellulaire et extracellulaire de LipY. 1. La lipase LipY est sécrétée par le système de sécrétion de type VII ESX-5, et le domaine PE est clivé par la protéase MycP5. 2. La protéine sécrétée est ancrée à la mycomembrane. 3. Les corps lipidiques de l’hôte fusionnent avec le phagosome, libérant dans ce dernier des TAG. 4. Les TAG du phagosome sont dégradés en acides gras libres par LipY membranaire. 5. Les acides gras libérés sont internalisés par la bactérie et permettent la formation d’ILI (eux-mêmes composés de TAG) dans le cytoplasme bactérien. 6. En cas de carence, les ILI sont dégradés par la forme intracellulaire de LipY, ce qui permet la libération d’acides gras fournissant l’énergie nécessaire à la sortie de la phase de dormance (représentation graphique créée avec BioRender).

LipY a deux modes d’action : le premier, dans le milieu extracellulaire, permet la production d’ILI par la bactérie ; le deuxième, à l’intérieur de la bactérie, assure la dégradation des ILI, fournissant ainsi une source d’énergie nécessaire à la sortie de la phase de dormance.

Les études présentées dans cette nouvelle ont mis en exergue l’importance des lipases bactériennes dans la vie et le maintien en phase de dormance des mycobactéries. Elles ont ainsi révélé l’importance des inhibiteurs de ces enzymes sur la formation d’ILI. Ces résultats sont très encourageants pour la recherche d’alternatives aux traitements actuels dans la lutte contre la tuberculose. Le développement d’autres molécules inhibitrices représente ainsi un axe de recherche prometteur. Au-delà de la tuberculose, qui représente encore de nos jours un enjeu de santé publique majeur, le genre mycobactérien, au sein duquel ces lipases sont conservées, est à l’origine de plusieurs autres risques sanitaires considérables. À ce titre, nous pouvons citer M. abscessus qui est un microorganisme pathogène opportuniste redouté, notamment par les patients atteints de mucoviscidose, et qui, de par sa prédominance dans le milieu hospitalier, est une source fréquente d’infections nosocomiales [10].

Les auteurs déclarent n’avoir aucun lien d’intérêt concernant les données publiées dans cet article.