Caractérisation d'un nouveau RiPP issu du microbiote intestinal : la Ruminococcin C

Characterization of a new RiPP derived from the intestinal microbiota : Ruminococcin C

• Auteur / Autrice : Clémence Balty
• Direction : Olivier Berteau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 21/11/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Microbiologie de l'Alimentation au Service de la Santé humaine (Jouy-en-Josas)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Pierre Mahy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Berteau, Jean-Pierre Mahy, Yanyan Li, Olivier Ploux, Alhosna Benjdia
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yanyan Li, Olivier Ploux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Flore intestinale

Antibiotiques peptidiques

Métalloenzymes

Mots clés libres

Enzymes à radical SAM

RiPPs

Sactipeptides

Peptide antimicrobien

RumC

Ruminococcus gnavus

Radical SAM enzymes

RiPPs

Sactipeptides

Antimicrobial peptide

RumC

Ruminococcus gnavus

Résumé

Le microbiote humain est constitué de milliers d’espèces bactériennes qui synthétisent de nombreux métabolites secondaires. Cependant, notre connaissance des produits naturels dérivés du microbiome est encore limitée. Parmi eux, les RiPPs (Ribosomally Synthesized and Post-translationally modified Peptides) apparaissent comme une famille majeure de produits naturels possédant diverses structures et fonctions biologiques dont des propriétés antibiotiques, en faisant une famille de molécules d’intérêt majeur pour la santé publique. La biosynthèse des RiPPs commence par la traduction d’un peptide précurseur, qui est ensuite maturé par l’action d’une ou plusieurs enzymes avant l’excision d’une séquence signal et l’export du produit naturel actif. La diversité structurale et fonctionnelle des RiPPs démontre la nécessité de la compréhension des voies de biosynthèse de ces produits naturels, de l’étude systématique des mécanismes de modification et de la caractérisation des maturases associées. En particulier, une famille de métallo-enzymes, les enzymes à radical S-adénosyl-L-méthionine (SAM), a récemment été impliquée dans la biosynthèse de nombreux RiPPs. Ces enzymes catalysent un large éventail de réaction, via un mécanisme de chimie radicalaire, aboutissant à une grande variété de modifications post-traductionnelles. Néanmoins, les voies de biosynthèse de nombreux RiPP restent mal comprises.En 2011, il a été montré que Ruminococcus gnavus, un membre important du microbiote humain, produisait un peptide actif contre Clostridium perfringens, la Ruminococcin C (RumC). Le séquençage de l’opéron de biosynthèse de RumC montre la présence de cinq gènes codants des peptides précurseurs (RumC1-5) et deux gènes codant des enzymes (RumMC1 et RumMC2).L’objectif de ma thèse est de mieux comprendre les voies de biosynthèse des produits naturels au sein du microbiome humain. Nous avons démontré l’appartenance des protéines RumMC1 et RumMC2 à la famille des enzymes à radical SAM, ainsi que leurs implications dans la formation de quatre modifications post-traductionnelles (ponts α-thioether) essentielles à l’activité antibiotique de RumC1 et RumC2. Ces études nous ont permis de proposer un mécanisme catalytique pour la maturation de la Rummonicoccin C et ainsi de mieux documenter cette famille d’enzymes émergentes.

The human microbiota consists of thousands bacterial species which synthesize numerous secondary metabolites. However, our knowledge of microbiome-derived natural products is still limited. Among them, RiPPs (Ribosomally synthesized and Post-translationally modified Peptides) are emerging as a major family of natural products possessing diverse structures and biological functions including antibiotic properties, making them a major family of molecules of interest for public health. The biosynthesis of RiPPs occurred by the translation of a precursor peptide, which is then matured via the action of one or more enzymes before the excision of a signal sequence and the export of the active natural product. The structural and functional diversity of RiPPs demonstrates the need for understanding the biosynthetic pathways of these natural products, the systematic study of the modification mechanisms and the characterization of associated maturases. In particular, a family of metallo-enzymes, the S-adenosyl-L-methionine radical (SAM) enzymes, has recently been implicated in the biosynthesis of many RiPPs. These enzymes catalyze a wide range of reactions, via a mechanism of radical chemistry, resulting in a wide variety of post-translational modifications. Nevertheless, the biosynthetic pathways of many RiPPs remain poorly understood.In 2011, it was shown that Ruminococcus gnavus, a major member of the human microbiota, produced an active peptide against Clostridium perfringens, Ruminococcin C (RumC). Sequencing of the RumC biosynthesis operon shows the presence of five genes encoding precursor peptides (RumC1-5) and two genes encoding enzymes (RumMC1 and RumMC2).The aim of my thesis is to understand the biosynthetic pathways of natural products within the human microbiome. We have demonstrated that the RumMC1 and RumMC2 proteins belong to the radial SAM enzyme family, as well as their involvement in the formation of four post-translational modifications (α-thiother bridges) essential for the antibiotic activity of RumC1 and RumC2. These studies allowed us to propose a catalytic mechanism for the maturation of Rummonicoccin and thus to better document this family of emerging enzymes.