Transport du pyruvate et régulations du métabolisme central par le malate chez Bacillus subtilis

Pyruvate transport and central metabolisme regulation by malate in Bacillus subtilis

• Auteur / Autrice : Teddy Charbonnier
• Direction : Stéphane Aymerich
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 22/03/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et dynamique des systèmes vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Microbiologie de l'Alimentation au Service de la Santé humaine (Jouy-en-Josas)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Martin-Verstraete
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Aymerich, Isabelle Martin-Verstraete, Ciarán Condon, Fabien Letisse, Thierry Doan, Matthieu Jules, Philippe Bouloc
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ciarán Condon, Fabien Letisse

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bacillus subtilis

Carbone

Transport biologique -- Régulation

Métabolisme -- Régulation

Mots clés libres

Bacillus subtilis

Régulation

Pyruvate

Transport

Malate

Bacillus subtilis

Regulation

Pyruvate

Transport

Malate

Résumé

Chez Bacillus subtilis comme pour toutes les bactéries, le métabolisme central du carbone est essentiel pour la croissance de la cellule. Elle utilise le glucose (source de carbone glycolytique) et le malate (source de carbone gluconéogenique) comme sources de carbone préférentielles. Ces deux sources de carbone sont capables d'induire la répression catabolique au travers de la protéine régulatrice CcpA et ainsi d'établir une hiérarchie dans l'utilisation des sources alternatives de carbone. Au centre du métabolisme du carbone se trouve le pyruvate que B. subtilis est capable d'utiliser comme seule source de carbone, mais son transporteur reste inconnu.Des analyses transcriptomiques ont montré que seul l'opéron ysbAB était spécifiquement induit en présence de pyruvate, et nous avons montré que sa délétion entraînait une perte de croissance presque totale sur pyruvate. En utilisant des protéines étiquetées, nous avons mis en évidence qu'YsbA et YsbB formaient un complexe se localisant à la membrane. Nous avons ensuite montré que ce complexe est le transporteur principal du pyruvate et fonctionne comme un transporteur par diffusion facilitée. A l'aide d'une fusion rapportrice, nous avons démontré que l'opéron lytST situé en amont d'ysbAB, et codant pour un système à deux composants, était responsable de l'induction d'ysbAB. Nous avons également montré qu'en plus d'une répression par CcpA en présence de glucose ou de malate, une régulation dépendante de l'activité enzyme malique de MaeA s'exerce sur ysbAB. Cette régulation est due à l'accumulation de pyruvate dans la cellule qui perturbe l'activation d'ysbAB par LytST.Nous avons aussi montré qu'une régulation indépendante de CcpA s'exerce sur dctP, le gène codant pour le transporteur du succinate et du fumarate en présence de malate, suggérant un mécanisme similaire à celui observé pour ysbAB. Enfin, nous avons montré que le flux métabolique traversant MaeA était également impliqué dans la régulation par CcpA de l'entrée des sources glycolytique par le malate.

In Bacillus subtilis like for all the bacteria, the central carbon metabolism is essential for growth. It uses glucose (a glycolytic carbon source) and malate (a gluconeogenic carbon source) as preferential carbon sources. These two carbon sources are able to induce carbon catabolite repression through the transcription factor CcpA and thus establishing a hierarchy in the use of alternative carbon sources. The pyruvate is in the middle of the carbon metabolism, and can be used by B. subtilis as sole carbon source; however its transporter remains unknown.Transcriptome analyses revealed that the only operon specifically expressed in cells grown on pyruvate is ysbAB, and we showed that its deletion led to a strong growth defect on pyruvate. Using tagged proteins, we highlighted that YsbA and YsbB formed a complex localized at the membrane. We next showed that this complex is the major pyruvate transporter, and operates as a facilitated transporter. Using a reporter fusion, we showed that the operon lytST located upstream of ysbAB, and coding for a two-component system, is responsible for the induction of ysbAB. We also showed that besides the CcpA-mediated repression by both glucose and malate, an additional regulation mechanism through the malic enzyme activity of MaeA is acting on ysbAB. This regulation is due to the accumulation of pyruvate in the cell which hinders the LytST-mediated induction of ysbAB.We also showed that a CcpA-independent repression is exerted on dctP, the gene coding for the succinate and fumarate transporter, in the presence of malate, suggesting a regulation mechanism similar to the one observed for ysbAB. Finally, we showed that the metabolic flux going through MaeA is also involved in the CcpA-dependent repression of the genes coding for glycolytic transporter in presence of malate.