Etude structurale de HBHA, une adhésine majeure de Mycobacterium tuberculosis

Structural studies of HBHA, a major adhesin of Mycobacterium tuberculosis

• Auteur / Autrice : Pierre Lebrun
• Direction : Camille Locht, Dominique Raze
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie et biologie moléculaire
• Date : Soutenance le 14/12/2011
• Etablissement(s) : Lille 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Adhésines bactériennes

Spectroscopie par résonance magnétique

Facteurs de virulence

Dissertations académiques

Tuberculose

Adhésines

Résonance magnétique nucléaire

Héparines

Glycosaminoglycanes

Tuberculose

Mots clés libres

HBHA

Heparing binding

Résumé

La tuberculose est la première cause de mortalité due à une infection par une bactérie : Mycobacterium tuberculosis. Récemment, une adhésine a été caractérisée à sa surface, son nom est HBHA (Heparin Binding Haemagglutinin). Il y a 10 ans, elle a été identifiée chez M. tuberculosis comme une adhésine majeure impliquée dans la reconnaissance des cellules épithéliales par le bacille tuberculeux via les polysaccharides sulfatés. Cette interaction aboutit à l’internalisation de la bactérie qui peut alors franchir la barrière épithéliale pulmonaire. HBHA est une protéine de 198 résidus organisés en quatre domaines : un domaine hydrophobe (résidus 12 à 36), un domaine coiled-coil (résidus 36 à 111), un domaine de liaison (111-160) et un domaine riche en lysine (ou Heparin Binding Domain, HBD) (161-198). Le HBD constitue le site autonome d’interaction entre HBHA et les polysaccharides sulfatés (ou GAGs). Il est essentiellement composé d’alanines, de prolines et de lysines arrangées en six motifs répétés. Ce domaine est mono ou di-méthylé sur les lysines. Nos études de SAXS, DLS et de CD ont mis en évidence le caractère fortement désordonné de HBHA, suggérant que celle-ci est une PID (Protéine Intrinsèquement Désordonnée). Nous avons donc entrepris d’étudier la structure de cette protéine par deux approches. Une première approche nous a permis de caractériser sa structure quaternaire en solution et dans la mycobactérie par des études de crosslinking, de gel filtration et de SAXS. Celles-ci ont montré que le degré d’oligomérisation de HBHA est plus important dans la mycobactérie qu’en solution. Nous avons également caractérisé le mécanisme d’interaction entre HBHA et les polysaccharides sulfatés par des études de RMN et de CD. Ces études ont montré que l’interaction avec les GAGs n’est pas homogène sur le domaine HBD. Celle-ci induit un réarrangement structural différent pour chaque partie du domaine. On a observé la stabilisation d’une structure plus étendue dans la première moitié du HBD et une stabilisation d’hélice alpha dans la deuxième partie. Cette étude nous a permis de mieux comprendre la spécificité de cette interaction, et nous a donné des pistes sur le rôle de cette protéine dans le tropisme bactérien.

Tuberculosis is a leading cause of mortality due to an infectious agent worldwide: Mycobacterium tuberculosis. One of the most recently characterized mycobacterial cell wall protein is the Heparin binding Haemagglutinin (HBHA). Roughly 10 years ago, it was identified in M. tuberculosis as one of the major adhesin involved in binding of mycobacteria to the epithelial cells by interaction with sulphated polysaccharides. This interaction induced internalization of M. tuberculosis in pulmonary epithelial cells leading to serious forms of disease. HBHA have 198 residues organized in four domains: a hydrophobic domain (residue 12 to 36), a coiled-coil domain (36 to 111), a linker domain (111-160) and a poly-lysine rich domain (161 to 198) (or Heparin Binding Domain, HBD) which forms the independent interaction domain between HBHA and sulphated polysaccharides. The approximately 40 amino acid residues long C-terminal domain is essentially composed of alanines, prolines and lysines, arranged in repeated motifs. This domain is mono or di methylated on the lysines in Mycobacteria, this post-traductional modification does not occur when expressing HBHA in Escherichia coli. Circular dichroïsm, DLS and SAXS studies indicated that HBHA is an IPD (Intrinsically Disordered Protein). This feature is not compatible with crystallography. Two approaches have been used in our study. In the first one, we studied the quaternary structure of HBHA by crosslink, SAXS and gel-filtration. All data showed that the oligomerization state of HBHA in mycobacteria is larger than after purification in E. coli. In the second part, we studied the binding mechanism between the HBD of HBHA and GAGs. This study was carried out by circular dichroïsm and NMR. Our data showed that the GAGs binding is not homogeneous, two specific rearrangements of the domain have been observed; GAGs binding induced a more extended structure in the first part of the HBD and induce an alpha helix stabilization in the second part. These data helped us to understand the specificity of this interaction and maybe the role of this interaction in the bacterial tropism in the host.