On l’a cru longtemps en régression, l’Organisation Mondiale de
la Santé avait prévu son éradication à l’aube du 3e millénaire ;
pourtant, la tuberculose est aujourd’hui l’une des premières causes
de mortalité à l’échelle de la planète, tuant chaque année plus de
deux millions de personnes. Cette maladie est particulièrement
contagieuse, puisqu’un tiers de la population mondiale est
actuellement porteur de Mycobacterium tuberculosis. On estime que
10 % des personnes infectées développeront la maladie au cours de
leur vie, ce qui représente plus de 200 millions de malades
potentiels pour les 50 prochaines années. La plupart des malades
(90 %) habitent les pays de l’Afrique sub-saharienne, du Sud-Est
asiatique, en Inde ou en Chine. La pandémie de sida est la
meilleure alliée du bacille, puisque 60 % des personnes
séropositives habitant en Afrique meurent en fait de
tuberculose.
Dans l’attente d’une vaccination efficace qui permettrait une
prévention à l’échelle mondiale, nous disposons de stratégies
thérapeutiques qui présentent malheureusement de plus en plus de
failles. Le panel d’antituberculeux est spécifique et très limité
car fort peu d’antibiotiques à large spectre sont actifs sur le
bacille de Koch. Les traitements sont longs et s’accompagnent d’une
pléthore d’effets secondaires, atteignant particulièrement les
patients affaiblis par le virus du sida. L’observance des
traitements par les malades est donc souvent mise en échec et de
nombreux cas de multirésistances apparaissent, essentiellement dans
les pays en développement ou émergents, ainsi que dans de nombreux
pays industrialisés paupérisés par les crises économiques.
Malheureusement, l’identification de nouveaux antituberculeux se
fait cruellement attendre. Aucune nouvelle famille
d’antituberculeux n’a été commercialisée au cours des 30 dernières
années, illustrant la difficulté de la tâche mais aussi le
désintérêt global des sociétés industrialisées pour cette
problématique. Ainsi, les patients porteurs de souches résistantes
aux antibiotiques dits de première intention doivent être traités
par une seconde ligne d’antibiotiques particulièrement toxiques.
Depuis plusieurs années, notre équipe étudie le mode d’action de
l’éthionamide (ETH), l’un de ces antituberculeux de seconde ligne.
Nos travaux nous ont conduits à proposer une stratégie qui permet
d’augmenter la sensibilité des mycobactéries à cet antibiotique, ce
qui pourrait aboutir à une réduction substantielle de la toxicité
du traitement antituberculeux tout en conservant son
efficacité.
L’ETH est un antibiotique puissant, mais fortement hépatotoxique.
Plusieurs antituberculeux comme l’isoniazide, la pirazinamide et
l’ETH sont des prodrogues, nécessitant d’être activées pour
acquérir leur pouvoir antibactérien. L’activation de l’ETH dépend
d’une protéine synthétisée par le bacille tuberculeux, la
mono-oxygénase EthA [1]. Cette enzyme transforme la prodrogue ETH
en un dérivé sulfoxyde, qui donnera ensuite le (ou les) composé(s)
actif(s) [2]. Dans son état physiologique normal, la mycobactérie
produit peu de mono-oxygénase EthA, ce qui limite l’activation de
la prodrogue ETH et se traduit par une faible sensibilité de la
bactérie à cet antibiotique. Contrôler la production de EthA
reviendrait donc à contrôler la sensibilité de la bactérie à
l’ETH.
Nous avons récemment montré que la production de la mono-oxygénase
EthA est sous le contrôle du répresseur transcriptionnel EthR. De
la même façon que le régulateur LacI réprime les gènes de structure
de l’opéron lactose, la fixation de EthR sur l’opérateur du gène
ethA empêche la transcription de ce dernier [3] (Figure 1A).
Résolue en collaboration avec les cristallographes V. Villeret et
F. Frénois, la structure tridimensionnelle du répresseur EthR a
révélé un complexe dimérique typique de la famille des répresseurs
transcriptionnels de la famille TetR. De façon inattendue, un
ligand enchâssé dans chaque sous-unité du dimère a été identifié
lors de cette analyse [4]. Par analogie avec d’autres répresseurs
de la famille TetR, nous avons montré que ce ligand induit une
conformation de EthR incompatible avec sa fixation ultérieure à
l’ADN. Mimer cette situation in vivo aboutirait à la dérépression
du gène ethA et donc à une meilleure activation de l’ETH (Figure
1B). Ce ligand co-cristallisé a été purifié, identifié puis
resynthétisé, mais l’hydrophobicité élevée de cette molécule la
rend faiblement biodisponible.
Poursuivant l’analogie avec le paradigmatique opéron lac où le
lactose est à la fois ligand du répresseur LacI et substrat de la
voie de biosynthèse contrôlée par LacI, nous avons postulé que, de
la même façon, des substrats physiologiques de EthA pourraient
constituer de bons ligands pour EthR. En présence d’un de ces
substrats [5], la benzylacétone, la sensibilité de la mycobactérie
à l’ETH s’est vu accrue d’environ cinq fois, suggérant que ce
composé constitue un ligand efficace de EthR et ainsi inhibe sa
fixation à l’opérateur de ethA [4]. Déréprimée, la production
d’EthA permet dès lors de doper l’activation de l’ETH. Nous tentons
actuellement d’identifier des ligands synthétiques de forte
affinité pour EthR et co-administrables avec l’ETH. Réduire la dose
thérapeutique de cet antibiotique devrait ainsi limiter
l’apparition des effets hépatotoxiques indésirables lors du
traitement de la tuberculose.
EthA est également impliqué dans l’activation d’autres thioamides
tels que le prothionamide, le thiacétazone et l’isoxyl. Ce dernier
composé présente l’intérêt de cibler une lipide-désaturase
mycobactérienne, cible non encore exploitée par l’arsenal
thérapeutique en usage. Enfin, Mycobacterium leprae,
malheureusement résistant à l’isoniazide, est sensible au
prothionamide pour lequel une baisse de la dose thérapeutique
serait également bienvenue pour éviter les effets secondaires du
traitement contre la lèpre.
Figure 1. Synergie d’action de l’ETH et d’un ligand d’EthR. A.
En l’absence de ligand (L), les dimères de répresseur EthR se
fixent à l’opérateur de ethA, inhibant sa transcription. Sans
production de mono-oxygénase EthA, la prodrogue ETH n’est pas
transformée en dérivé bactériotoxique. La bactérie est résistante à
l’antibiotique. B. En présence de ligand (L), les dimères de EthR
adoptent une conformation incompatible avec leur fixation à l’ADN.
La transcription de ethA est libérée et l’enzyme EthA produite
active la prodrogue ETH en dérivé bactériotoxique ETHx. La synergie
entre l’ETH et le ligand rend la bactérie hypersensible à
l’antibiotique.
Références
1. Baulard AR, Betts JC, Engohang-Ndong J, et al.
Activation of the pro-drug ethionamide is regulated in
Mycobacteria. J Biol Chem 2000 ; 275 : 28326-31.
2. DeBarber AE, Mdluli K, Bosman M, et al. Ethionamide
activation and sensitivity in multidrug-resistant Mycobacterium
tuberculosis. Proc Natl Acad Sci USA 2000 ; 97 : 9677-82.
3. Engohang-Ndong J, Baillat D, Aumercier M, et al.
EthR, a repressor of the TetR/CamR family implicated in ethionamide
resistance in Mycobacteria, octamerizes cooperatively on its
operator. Mol Microbiol 2004 ; 51 : 175-88.
4. Frenois F, Engohang-Ndong J, Locht C, et al.
Structure of EthR in a ligand bound conformation reveals
therapeutic perspectives against tuberculosis. Mol Cell 2004 ; 16 :
301-7.
5. Fraaije MW, Kamerbeek NM, Heidekamp AJ, et al. The
prodrug activator EtaA from Mycobacterium tuberculosis is a
Baeyer-Villiger monooxygenase. J Biol Chem 2004 ; 279 :
3354-60.
