Etude structurale par RMN de la protéine TolAIII impliquée dans le mécanisme d'infection de Vibrio cholerae par le bactériophage CTXphi

NMR Structural study of TolAIII protein involved in the infection of Vibrio cholerae by CTXphi bacteriophage

• Auteur / Autrice : Romain Navarro
• Direction : Françoise Guerlesquin, Matthieu Nouailler
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 02/12/2016
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Macromoléculaires (LISM) (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : James N. Sturgis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Carine Van Heijenoort
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christian Roumestand, Dominique Marion

Mots clés

Mots clés contrôlés

Choléra

Toxine cholérique

Résonance magnétique nucléaire

Vibrion cholérique

Mots clés libres

Domaine TolAIII

Vibrio cholerae

Changement conformationel

Rmn

TolAIII domain

Vibrio cholerae

Conformational change

Nmr

Résumé

Vibrio cholerae acquiert les gènes de la toxine cholérique suite à l’infection par le phage CTXphi et devient par la suite une bactérie pathogène. L'infection se déroule en deux étapes : une interaction entre le pilus TCP et le domaine pIIIN2ctx, puis la formation du complexe TolAIIIV.c/pIIIN1ctx. Cette seconde étape est l’étape limitante de l’infection. L’objectif général de ma thèse a été d’étudier les forces motrices associées à cette étape.1) J’ai étudié les mécanismes moléculaires associés à la spécificité phage/bactérie en ciblant les interactions électrostatiques et le feuillet intermoléculaire par RMN et double hybride bactérien.2) J’ai résolu la structure de TolAIIIV.c libre par RMN. La comparaison des structures de cette protéine à l’état libre et liée ont permis de mettre en évidence un changement conformationnel et de proposer un mécanisme moléculaire d’ajustement induit. De plus, l’étude de la flexibilité de la protéine par RMN à haute pression (HP) a montré l’importance de la cavité interne de la protéine TolAIII pour favoriser l’ajustement induit lors de la formation du complexe TolAIIIV.c/pIIIN1CTX.3) J’ai vérifié si l’ajustement induit observé précédemment était lié à la présence de cette cavité d’une manière générale chez les protéines TolAIII. Une étude de dispersion de relaxation et de RMN à HP de la protéine TolAIIIE.c a permis de vérifier l’importance de cette cavité pour le mécanisme d’ajustement induit essentiel à cette famille de protéine. De plus, nous avons corrélée la flexibilité particulière de la protéine TolAIIIE.c à la présence d’une boucle qui lui confère une certaines flexibilité nécessaires pour interagir avec plusieurs partenaires.

Vibrio cholerae becomes a pathogen after CTXphi phage infection. The phagic infection is a wo step mechanism: first TCP pilus binds to pIIIN2ctx, then TolAIIIV.c binds to pIIIN1ctx. The second step is essential for the acquisition of genes of cholera toxins leading to cholera disease. The main goal of my thesis is to study the driving forces associated to the phage infection.First, I studied the molecular mechanism associated to phage/bacteria specificity targeting electrostatic bonds and hydrophobic interactions within the intermolecular sheet. These experiments use NMR and bacterial two hybrids methods. Our results show that electrostatic bonds are essential for the complex formation.Second, I solved the solution structure of TolAIIIV.c using NMR. The comparison of the structures of free and bound states of TolAIIIV.c, shows an associate conformational change and lead us to propose a model for the molecular mechanism of the induced fit. Then the study of the TolAIII flexibility, using high pressure NMR shows the importance of TolAIII cavity to promote the induced fit during TolAIIIV.c/pIIIN1ctx complex formation.Finally, we wanted to show if the induced fit is correlated to the presence of cavity in TolAIII family. A study using NMR relaxation dispersion and high-pressure NMR experiments on TolAIIIE.c shows the importance of this cavity for the induced fit. The presence of a loop at the top of the N-terminal helix in TolAIIIE.c leads to the protein to have several conformations necessary to interact with many partners.