Identification et caractérisation structurale du système Toxine-Antitoxine aapA1/IsoA1 de Helicobacter pylori : De l’analyse globale des systémes par bio informatique à l’étude structurale par Résonnance Magnétique Nucluéaire

Identification and Structural characterization of aapA1/IsoA1 Toxin Antitoxin system from Helicobacter pylori

• Auteur / Autrice : Dursun Nizam Korkut
• Direction : Fabien Darfeuille
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie
• Date : Soutenance le 15/12/2015
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ARN : Régulations naturelle et artificielle (Bordeaux)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Genevaux, Gilmar Salgado, Ciarán Condon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Lequin, Pierre Genevaux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes toxines-antitoxines

Résonance magnétique nucléaire

Helicobacter pylori

Mots clés libres

Toxine-Antitoxine

RMN

Helicobacter pylori

Toxin-Antitoxin

NMR

Helicobacter pylori

Résumé

Les systèmes Toxine Antitoxine (TA) sont présents chez la plupart des génomes bactériens. Nous rapportons dans cette étude la présence de tels systèmes chez la bactérie pathogène Helicobacter pylori. Ce nouveau système TA de type I, de la même manière que les autres systèmes de type I décrits, est composé d’une toxine peptidique membranaire (AapA) dont la traduction est inhibée par un ARNnc (IsoA) suivant une interaction côté 5’ non traduit de l’ARNm. La structuration particuliere de l’ARNm a permit l’identification d’orthologue de ce système dans les chromosomes des genres Helicobacter et Campylobacter mais aussi sur leur patrimoine génétique mobiles, tels les plasmides. Ceci impliquant leur potentielle acquisition dans le génome par transfert génétique horizontal. La deuxième partie de l’étude se focalise sur la résolution par RMN du liquide de la structure atomique de la toxine AapA1 dans un environnement pseudo-membranaire. Une approche par mutation révèle les determinants structuraux de la toxicité, pointant la présence d’une empreinte de charge dans la partie helicoidale transmenbranaire de la toxine présente aussi chez d’autres toxines de Type I. La dernière partie de l’étude se centre sur l’expression et la purification de la toxine afin d’en étudier la structure en environnement membranaire complexe par RMN du solide. Les résultats prometteurs ouvrent la voie à une caractérisation de la toxine par l’expérience de PISEMA.

Toxin-antitoxin (TA) systems are present in almost all bacterial genomes. Here we report that the genome of the major human gastric pathogen, Helicobacter pylori, is hosting several copies of a new family of type I TA systems. Similarly to other type I TA systems, the toxin (AapA) is a small membrane protein whose expression is controlled by a small antisense RNA (IsoA, antitoxin) that binds to the 5’ untranslated region (UTR) of the mRNA. In addition we used the strong conservation of the mRNA folding to identify homologs of this TA system not only in other Helicobacter and Campylobacter chromosomes but also on plasmids, indicating that this new TA system might have been spread over different genomes via horizontal gene transfer.The second part of the study take account of the AapA toxin itself. We acutely determine the structure of AapA1 by liquid state NMR in membrane mimicking environment. We then probe first structural insight on atomic structural determinants of its toxicity following a mutation studies.These results reveal a particular charge pattern on the transmembrane α helix domain of AapA toxin similary to other Type I toxin. A third part of the studies is based on expression and purification of the toxin in order to determine the structure in complex membrane environment by solid state NMR. The promosisng result open the way to characterize the toxin by PISEMA experiment.