ARN régulateurs chez Staphylococcus aureus : Fonction et Mécanisme

Regulatory RNAs in Staphylococcus aureus : Function and Mechanism

• Auteur / Autrice : Thao Nguyen Le Lam
• Direction : Philippe Bouloc
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 24/09/2015
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Gènes, Génomes, Cellules (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie intégrative de la cellule (Gif-Sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Bayan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Bouloc, Nara Figueroa-Bossi, Brice Felden
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Brice Felden, Francis Repoila

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résistance au stress

Petits ARN

Staphylocoque doré

ARN non codants

Mots clés libres

ARN régulateurs

Staphylococcus aureus

L'expérience fitness

Cibles ARNs

RNase III

Regulatory RNA

Staphylococcus aureus

Fitness experiment

SRNA targets,

RNase III

Résumé

Le staphylocoque doré (S. aureus) est un pathogène responsable d’infections diverses chez l’homme et l’animal. Il est responsable d’infections suppuratives (furoncles, endocardites, méningites…) ou non suppuratives (toxi-infections alimentaires…). L’émergence de souches bactériennes multi-résistantes aux antibiotiques augmente la gravité des infections et constitue un réel problème de santé publique. Depuis plusieurs années, les chercheurs tentent d’identifier des cibles pour de nouveaux antibiotiques. Parmi elles, les acides ribonucléiques (ARN) dits « régulateurs » constituent un modèle de choix. Environ 200 ARN régulateurs ont été identifiés chez S. aureus, mais jusqu'à maintenant, dans la plupart des cas, leurs fonctions ne sont pas connues. Pour identifier la fonction des ARN régulateurs chez S. aureus, nous avons utilisé une stratégie consistant à mettre en compétition 39 souches différentes dans chacune desquelles un ARN régulateur a été remplacé par une étiquette spécifique identifiable par séquençage. Cette expérience de compétition a été réalisée dans douze conditions de cultures différentes (conditions de stress différents) ainsi que chez un modèle souris. Les résultats de ces expériences ont été obtenus par analyse de séquençage massif haut débit. Un phénotype a été mis en évidence pour 11 des ARN régulateurs étudiés dans les conditions choisies. Nous avons aussi développé une méthode fiable pour identifier les cibles des ARN régulateurs. Cette méthode consistait à utiliser in vitro, ces ARN régulateurs comme appât pour piéger leurs cibles parmi un mélange d’ARN total. Les ARN cibles piégés ont ensuite été séquencés par ARN-seq haut débit. Cette stratégie a été appliquée pour déterminer les cibles de quatre ARN régulateurs chez S. aureus : RsaA, RsaE, RsaH et RNAIII. Plusieurs cibles putatives ont été identifiées et utilisées pour prédire le motif qui serait impliqué dans les interactions entre un ARN régulateur et sa cible. Le dernier chapitre de ce manuscrit concerne l’étude du mécanisme d’action des ARN régulateurs. En général, la liaison de l’ARN régulateur à son ARN messager cible va affecter la stabilité de ce dernier et engendrer sa dégradation par la ribonucléase III (RNase III). Chez S. aureus, RNase III est l’enzyme principalement impliquée dans la dégradation des complexes ARN régulateur-ARN messager (ARN double brin). RNase III a été décrite comme étant non essentielle chez S. aureus. Cependant, nous avons montré que cette ribonucléase est essentielle dans les souches de S. aureus contenant des prophages portant un système toxine/antitoxine (TA) de type I. Dans ces souches, la présence de RNase III est essentielle pour diminuer l’expression de ce système TA et contrer sa toxicité.

Staphylococcus aureus is an opportunistic Gram-positive pathogen bacterium and a leading cause of hospital- and community-acquired infections worldwide. In S. aureus, regulatory RNAs are key mediators in controlling bacterial virulence, viability and adaptability under various environmental conditions. About 200 regulatory RNAs were identified in S. aureus but up to date, their functions in most cases are unknown. To address the function of S. aureus regulatory RNAs, we used a strategy in which competitive fitness experiments were performed with mixed cultures comprising thirty-nine sRNA mutants. A bacterial population made of these mixed mutants was grown in twelve stress conditions and in a mouse model. The results were obtained by deep sequencing analysis. Eleven sRNA gene mutants were found to have an altered fitness in the tested conditions; three of them being requires for solely one studied condition, the others being modified by multiple stress conditions. The absence of sRNA genes generated negative fitness adaptation in all conditions, but one of the mutants had a strong growth defective phenotype at low-temperature. Current investigations indicate that the deleted sequence affects the 3’ end of a mRNA. This sequence is required for an optimum growth in cold conditions and contributes to the stability or translation of the associated mRNA. We also developed a robust procedure to identify reliably sRNA targets based on synthetic sRNAs that were used in vitro as bait to trap their corresponding targets which were subsequently identified by deep sequencing. Using this approach, we found new targets for RsaA, RsaE, RsaH and RNAIII. The binding of sRNAs to targeted mRNAs usually affect their stability by recruiting Ribonucleases (RNases). In S. aureus, RNase III encoded by rnc gene, is a major RNase involved in the degradation of sRNA-mRNA duplexes. RNase III was reported as nonessential in S. aureus. However, we report that the rnc gene is essential in some S. aureus strains due to the presence of prophages carrying type I toxin/antitoxin (TA) system. RNase III in these strains is essential to reduce the expression of TA systems to prevent their toxicity