Régulation de l’éablissement de la persistance par RegBA chez Brucella suis

par Elias Abdou

Thèse de doctorat en Biologie Santé

Sous la direction de Véronique Jubier-Maurin et de David O'Callaghan.


  • Résumé

    La capacité de Brucella suis, un microorganisme strictement aérobique, a s'adapter aux taux d'oxygène faible est un processus essentiel pour la virulence et la persistance bactérienne. Le manque d'oxygène est une condition hostile à laquelle les bactéries sont confrontées lors de la pénétration de l'hôte et pour établir leur niche replicative et la phase de persistance. Cette bactérie possède plusieurs mécanismes par laquelle elle s'adapte à cette condition. Elle peut utiliser un régulateur transcriptionel de la famille de FnrN dépendant de l'oxygène, deux cytochromes oxydases de haute affinité pour l'oxygène et une voie complète de denitrification pour résister au manque d'oxygène. Ce travail a démontré que la respiration oxydative et la denitrification peuvent être simultanément utilisés par B. suis sous microaerobiosis. RegBA, un système à deux composants chez B. suis, a été aussi identifié nécessaire dans l'adaptation bactérienne au manque d'oxygène. Ce dernier a été démontré à coordonner le contrôle des systèmes respiratoires précédemment évoqués. Un schéma de régulation global chez B. suis des voies respiratoires par le régulateur transcriptionel RegA a été suggéré : lors de la variation de l'état redox, la cytochrome bd oxidase jouerait un rôle dans la transmission d'un signal à RegB le senseur de la histidine kinase. De plus, RegA a été identifié essentiel pour la persistance de B. suis in vivo chez la souris dans les organes avec des teneurs faible en oxygène. RegA est supposé être impliqué dans l'installation de la phase de persistance bactérienne durant l'infection chronique. Cette étude a aussi identifié le rôle potentiel de RegA dans la régulation de nombreux gènes impliqués durant la phase de persistance. En utilisant une analyse transcriptomique, comparant les taux d'hybridation chez les souches sauvage et muté dans un modèle in vitro qui imite les conditions d'une infection chronique correspondant a un manque de nutriment et d'oxygène, 447 gènes avec un taux d'hybridation ≥ 2, ont été détectés réguler par RegA. Chez la souche sauvage, 45% et 55 % des gènes étaient régulés et réprimés par RegA chez la souche sauvage, respectivement. 14% des résultats du transcriptome a été choisi pour la validation génétique par RT-qPCR. RegA induit l'expression de gènes impliqués dans le métabolisme d'énergie y compris des gènes de la respiration oxidative, ce qui confirme qu'il interagit dans l'adaptation bactérienne au manque d'oxygène. RegA réprime des gènes impliqués dans la réplication d'ADN, la biogenèse de l'enveloppe et la division cellulaire, de même certains gènes dans le métabolisme d'énergie, ce qui suggère son effet sur la multiplication et l'adaptation bactérienne à l'hypoxie qui existe durant la phase de persistance. RegA a été démontré a réprimer les facteurs de virulence l'operon virB ainsi que son régulateur VjbR. De plus, cette étude a évalué le rôle de deux gènes BR1614 et BR1510 régulés par RegA et impliqués dans le métabolisme des acides gras. Dans les expériences in vivo chez la souris ont démontré que les deux gènes sont essentiels pour la survie, la multiplication et la persistance bactérienne. En conclusion, RegA régule, directement et indirectement, l'expression de gènes qui codent pour la traduction, la transcription, la production d'énergie et la conversion, la réparation d'ADN et de protéine. Ces résultats suggèrent un rôle majeur pour RegA dans la persistance bactérienne pendant la brucellose. 12% du génome de B. suis est sous le contrôle de RegA ce qui indique qu'il est un régulateur global comme son PrrA d'homologue dans Rhodobacter sphearoides.

  • Titre traduit

    Regulation of the Setting up of Brucella suis Persistence by RegBA


  • Résumé

    The capacity of Brucella suis, a strictly aerobic microorganisms, to adapt to low oxygen level is of high importance as it is a required and an essential process for bacterial establishment of virulence and persistence. Oxygen deficiency is a hostile condition to which bacteria are faced when they penetrate the host and reach their replicative niche as well as the persistence phase. This bacterium possesses several mechanisms that answer remarkably to this condition. It can use an oxygen-dependent transcriptional regulator of the FnrN family, two high-oxygen-affinity terminal oxidases, and a complete denitrification pathway to resist various conditions of oxygen deficiency. This work has demonstrated that the oxidative respiration and denitrification can be simultaneously used by B. suis under microaerobiosis. RegBA, a two component systems in B. suis, was also identified to be necessary in bacterial adaptation to oxygen deficiency as it was demonstrated to coordinate the control of the respiratory systems mentioned previously. A scheme for global regulation of B. suis respiratory pathways by the transcriptional regulator RegA was suggested: under redox variation, the cytochrome bd ubiquinol oxidase would play a role in the transmission of a signal to the histidine sensor kinase RegB. RegA in addition was found to be essential for B. suis persistence in vivo in mice within low oxygenated organs. RegA is thus assumed to be involved in the establishment of bacterial persistence during chronic infections. This study also investigated the potential control of RegA in the regulation of numerous genes during the persistence phase. By using a microarray assay comparing wild-type and ∆regA mutant strains, in an in vitro model that mimic the conditions of a chronic infection corresponding to nutrient and oxygen deficiency, 447 genes with a cutoff of the level of hybridization intensities ≥2, were detected regulated by RegA. In the wild-type strain, 45% and 55 % of the genes were up-regulated and down-regulated in wildtype strain, respectively. 14% of the microarray results were selected for genetic validation by RT-qPCR. RegA induced the expression of some genes involved in energy metabolism including the oxidative respiratory genes confirming that it interacts in bacterial adaptation to oxygen deficiency. RegA down-regulated genes involved in DNA replication, cellular division cell envelope biogenesis as well as certain genes in energy metabolism suggesting its impact on bacterial multiplication and adaptation to hypoxia as it enters into the persistence phase. RegA was also found to down-regulate virulence factors such as the virB operon as well as its regulator VjbR. Moreover, this study evaluated the role of two genes BR1614 and BR1510 regulated by RegA and found implicated in fatty acid metabolism. In vivo experiments in mice demonstrated that both genes are required for bacterial survival, multiplication and persistence. In conclusion, RegA was found to regulate, directly and indirectly, the expression of genes that encode for functions in translation, general transcription, energy production and conversion, repair of DNA and protein which represent its high importance and major role in bacterial persistence during brucellosis. 12% of the genome of B. suis is under the control of RegA which makes it a global regulator such as his homologue PrrA in Rhodobacter sphearoides.


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