Des épimutations dépendantes de l’ARNi évoquent une résistance transitoire aux médicaments antimicrobiens

Joseph Heitman, Département de génétique moléculaire et de microbiologie,

Université Duke, Durham, Caroline du Nord, USA heitm001@duke.edu

 

Les micro-organismes évoluent par le biais de la reproduction sexuelle/parasexuelle, des mutateurs, de l’aneuploïdie, de la Hsp90 ou des prions. Les mécanismes qui sont nuisibles peuvent être réutilisés pour générer de la diversité. On sait que les microbes évoluent vers la résistance aux agents antimicrobiens par des voies faisant intervenir des mécanismes génétiques stables et instables, comme l’aneuploïdie qui sous-tend la résistance aux azoles chez les
Candida albicans
et
Cryptococcus neoformans
. Nous avons découvert un nouveau mécanisme conférant une résistance aux médicaments antifongiques chez le champignon pathogène humain. Mucor circinelloides. On a constaté que la résistance spontanée à l’antifongique FK506 évolue par deux mécanismes distincts. L’une implique des mutations mendéliennes conférant une résistance stable et irréversible aux médicaments ; l’autre se produit par une voie épigénétique médiée par l’interférence ARN (ARNi), entraînant une résistance instable et transitoire aux médicaments. La peptidyl-prolyl isomérase FKBP12 interagit avec le FK506 en formant un complexe qui inhibe la protéine phosphatase calcineurine. L’inhibition de la calcineurine par le FK506 bloque M. circinelloides transition dimorphique vers les hyphes et renforce la croissance en tant que levures. Dans certains isolats résistants au FK506, des mutations dans l’enzyme
fkbA
codant pour FKBP12 ou le gène de la calcineurine
cnbR
ou
cnaA
confèrent la résistance au FK506 et restaurent la croissance des hyphes. Dans d’autres isolats résistants, aucune mutation n’est trouvée dans les cibles médicamenteuses connues. Au lieu de cela, l’ARNi a été déclenché pour faire taire les fkbA ce qui donne des épimutants résistants aux médicaments. Les épimutants résistants au FK506 redeviennent facilement sensibles au médicament en l’absence de FK506. L’établissement des épimutants s’accompagne de la génération d’abondants fkbA de petits ARN et nécessite certains composants connus de la voie de l’ARNi, tandis que d’autres sont inutiles. De manière surprenante, les épimutants apparaissent à une fréquence plus élevée et sont plus stables chez les mutants dépourvus d’ARN polymérase 1 ou 3 (Rdrp1/3) ou de la protéine R3B2 semblable à la RNaseIII, ce qui révèle que certains composants de l’ARNi inhibent l’épimutation. L’extinction de la cible médicamenteuse FKBP12 semble impliquer la génération d’un intermédiaire déclencheur d’ARN double brin à l’aide de l’enzyme
fkbA
comme modèle pour produire de l’ARNm antisens.
fkbA
ARN. Ces résultats ont été généralisés pour montrer que des épimutations se produisent dans une deuxième espèce de
Mucor
et l’identification des épimutations dans le
pyrF
ou
pyrG
gènes conférant la résistance à l’acide 5-fluoroorotique (5-FOA). Des études sur des modèles murins portent sur la stabilité/instabilité des épimutations pendant l’infection et révèlent que le stress lié à l’infection peut induire une épimutation et une résistance aux médicaments. Aucun changement dans les modifications hétérochromatiques n’a été détecté chez les épimutants, ce qui suggère qu’ils sont strictement dépendants de l’ARNi. De plus, des études récentes révèlent que les épimutants sont suffisamment stables pour être hérités après la reproduction sexuée, et donc pour survivre au passage par la méiose.

Ces études révèlent un nouveau mécanisme d’épimutation épigénétique réversible et transitoire basé sur l’ARNi contrôlant la plasticité phénotypique, avec des implications pour la résistance aux médicaments antimicrobiens, les mécanismes de pathogenèse in vivo et les mécanismes de régulation de l’ARNi chez les champignons et autres eucaryotes. L’impact total des épimutations dans ce système génétique et dans d’autres (y compris les champignons pathogènes de l’homme, les champignons pathogènes des plantes et les oomycètes pathogènes des plantes) n’a peut-être pas été découvert auparavant en raison de leur nature intrinsèquement instable.

 

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