Import des macromelecules : analyses structurales de la toxine bactérienne pesticine et d'un derive hybride

Import of macromolecules : structural studies of the Pesticin toxin and of an engineered variant

• Auteur / Autrice : Nadir Seddiki
• Direction : Susan K. Buchanan, Roland Lloubès
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie, biologie végétale et biotechnologies
• Date : Soutenance le 27/09/2010
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Institut de Microbiologie de la Méditerranée (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Barras
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Susan K. Buchanan, Roland Lloubès, Frédéric Barras, Ralf Koebnik, Dominique Mengin-Lecreulx, Gaël Brasseur
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Ralf Koebnik, Dominique Mengin-Lecreulx

Mots clés

Mots clés contrôlés

Macromolécules

Homologie (biologie)

Mots clés libres

Importation de macromolecule

Resistance

Protéine d'immunité

Import of macromolecules

Tol and TonB sytems

Colicins

Resistance

Immunity protein

Pesticin

Pim

Reception

Translocation

FyuA

Chimera

Résumé

Chez les bactéries à Gram-négatif, deux systèmes très bien conservés et essentiels à la survie de la cellule bactérienne ont été identifiés : les systèmes Tol et TonB. Ces deux systèmes utilisent la force proton motrice, issue de la membrane interne et transfert l’énergie associée pour le transport actif de molécules (TonB) ou nécessaire au maintien de l’intégrité membranaire (Tol). Ces 2 systèmes ont été détournés de leurs fonctions initiales et parasités par les colicines, leur conférant un rôle primordial dans le mécanisme d’import de la colicine. Une colicine est une bactériocine (toxine) produite par Escherichia coli pour tuer des souches apparentées. Ce sont des toxines spécifiques et hautement actives. Cependant E.coli a développé des mécanismes de protection afin de résister à l’action cytotoxique des colicines. Ces mécanismes de résistance consistent essentiellement à produire des protéines d’immunité, qui vont pour la plupart se fixer sur le domaine catalytique de la colicine et l’empêcher d’exercer son action létale. La bactérie Yersinia pestis, agent de la peste, possède une colicin-like bactériocine, la pesticine, dont l’activité est de dégrader le peptidoglycane. L’action de la pesticine est inhibée par une protéine d’immunité, Pim, localisée dans le périplasme. Le principal objectif de ce projet est de comprendre les mécanismes d’inhibition de la pesticine par sa protéine d’immunité, grâce à des données biochimiques et structurales, mais aussi d’apporter des solutions pour contourner ce problème de résistance. La structure de la pesticine révèle des homologies structurales avec le T4 lysozyme du bactériophage T4. Pour contourner le problème de la résistance bactérienne liée à la protéine d’immunité, une solution a été de fusionner le domaine de réception/translocation de la pesticine avec le T4 lysozyme. Nous avons ainsi pu créer et résoudre la structure tridimensionnelle d’une protéine chimère fonctionnelle, capable de se fixer sur FyuA (récepteur de la pesticine) et tuer une souche exprimant ce récepteur et dont l’activité létale n’est pas inhibée par Pim.

In Gram-negative bacteria, two essential systems for cell survival have been characterized: the Tol and TonB system. Both Ton and Tol systems are very well conserved in Gram-negative bacteria and coupled to the proton motive force across the inner membrane, acting as energy transducers for active transport (Ton) or maintenance of outer envelope integrity (Tol). Both systems have been embezzled from their primary function and hijacked by colicins as part of the colicin killing pathway. Colicin is a bacteriocin (toxin) produced by and toxic to some strains of Escherichia coli. Colicins are highly effective toxins. However E.coli could develop protective mechanisms to resist to colicin cytotoxic effect. These mechanisms essentially consist to produce an immunity protein. These proteins bind to colicin catalytic domain and inhibit its lethal activity. Yersinia pestis, plague agent, possesses its own colicin-like bacteriocin, Pesticin, which degrades murein. Pesticin activity is inhibited by an immunity protein, Pim, localized in the periplasm. The main goal of this project is to understand inhibition mechanisms between Pim and Pesticin by biochemical and structural data and to provide solution to overcome the resistance issue, since Pesticin was thought to be used as antimicrobial agent. The Pesticin structure has revealed that Pesticin share structural homologies with the T4 lysozyme from the bacteriophage T4. To overcome the resistance issue due to the immunity protein, one solution has been to fuse the Pesticin binding/translocation domain with the T4 lysozyme. Thus, we could engineered and solved the three-dimensional structure of a chimera protein, able to bind FyuA (Pesticin physiological receptor) and kill a FyuA expressing strain, in which the lethal activity is not affected by Pim.