Structures et spécificités de protéines périplasmiques de liaison (PBP) des mannityl-opines et des sucres de la famille du raffinose (RFO) chez Agrobacterium tumefaciens

Structures and specificity of periplasmic binding proteins (PBP) for the mannityl-opines and Raffinose Family Oligosaccharides (RFO) in Agrobacterium tumefaciens

• Auteur / Autrice : Armelle Vigouroux
• Direction : Solange Morera
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie et biologie structurale
• Date : Soutenance le 13/12/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie intégrative de la cellule (Gif-Sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Herman Van Tilbeurgh
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Solange Morera, Herman Van Tilbeurgh, Valérie Biou, Isabelle Broutin, Marie-Anne Barny
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Valérie Biou, Isabelle Broutin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Opines

Agrobacterium tumefaciens

Protéines de liaison

Cristallographie

Mots clés libres

Microcalorimétrie

Cristallographie

Agrobacterium

Protéines périplasmiques de liaison

Purification

Purification

Crystallography

Periplasmic binding proteins

Agrobacterium

Microcalorimetry

Résumé

La bactérie Agrobacterium tumefaciens établit une relation à long terme avec les plantes. Elle peut avoir deux modes de vie : (1) pathogène lorsqu’elle possède le plasmide de virulence Ti (Tumor inducing) provoquant la maladie de la galle du collet caractérisée par la formation de tumeur chez la plante, (2) non pathogène vivant dans la rhizosphère. Dans ces deux modes de vie, Agrobacterium utilise les PBP (protéines périplasmiques de liaision) associées à des transporteurs ABC pour importer des molécules issues de plante servant de nutriments. La PBP sélectionne et fixe le ligand qu’elle apporte au transporteur ABC, qui permet son passage dans le cytoplasme grâce à l’hydrolyse de deux molécules d’ATP. La spécificité du transporteur entier dépend de la PBP. Les molécules transportées et dégradées par la bactérie apparaissent comme un avantage trophique pour la colonisation de l’environnement.Lorsqu’A. tumefaciens est pathogène, la bactérie transfère une partie de son plasmide Ti dans le génome des cellules végétales, induisant la production et sécrétion par la plante de composés spécifiques pour la bactérie, appelés opines. Une vingtaine d’opines sont connues à ce jour, et chacune d’elles peut être métabolisée par des souches d’A. tumefaciens. La souche B6 possède un pTi de type octopine, qui porte les gènes de métabolisme de la famille des mannityl-opines, composée de l’acide agropinique, l’agropine, l’acide mannopinique et la mannopine. D’après des études génétiques chez des souches de type octopine, les systèmes PBP-transporteur ABC associés sont respectivement AgaABCD, AgtABCD, MoaABCD et MotABCD.Dans la rhizosphère, les graines en germination influencent la composition de la rhizosphère et favorisent la croissance de microorganismes en libérant des molécules telles que les sucres de la famille du raffinose (RFO, Raffinose Family of Oligosaccharides). Des analyses in silico d’Agrobacterium fabrum C58 indiquent que la souche possèderait un opéron que nous avons appelé mel, proche de l’opéron agp chez Ensifer meliloti 1021 décrit comme responsable du transport et de la dégradation des RFO qui semble influer sur la survie de la bactérie dans la rhizosphère. Nous avons fait l’hypothèse que la PBP MelB de l’opéron mel chez A. fabrum C58 est responsable du transport des RFO.Mon travail de thèse a permis de finaliser la caractérisation structurale et biochimique des transporteurs des mannityl-opines et a permis l’identification et la caractérisation de MelB comme responsable de l’import des RFO et du galactinol (précurseur des RFO). Le transport et la dégradation des molécules transportées par ces PBP sont importants pour la colonisation de leur environnement.

Agrobacterium tumefaciens bacterium establishes a long-term relationship with plants. It can have two lifestyles: (1) pathogenic when it harbors the virulence plasmid Ti (Tumor inducing) causing the crown gall disease characterized by tumor formation in plant, (2) non-pathogenic living in the rhizosphere. In these two lifestyles, Agrobacterium uses PBP (periplasmic binding proteins) associated with ABC transporters to import molecules from plants as nutrients. PBP selects and binds the ligand that it brings to the ABC transporter, which allows its passage into the cytoplasm by the hydrolysis of two ATP molecules. The specificity of the entire transporter depends on PBP. The molecules transported and degraded by the bacteria appear as a trophic advantage for the colonization of the environment.When A. tumefaciens is pathogenic, the bacterium transfers part of its Ti plasmid into the genome of plant cells, inducing the production and secretion by the plant of specific compounds for the bacterium, called opines. Twenty opines are known to date, and each of them can be metabolized by A. tumefaciens strains. The strain B6 possesses an octopine-type pTi, which harbors metabolism genes of the mannityl-opines family, composed of agropinic acid, agropine, mannopinic acid and mannopine. According to genetic studies in octopine type strains, the associated PBP-transporter ABC systems are AgaABCD, AgtABCD, MoaABCD and MotABCD, respectively.In the rhizosphere, germinating seeds influence the composition of the rhizosphere and promote the growth of microorganisms by releasing molecules such as Raffinose Family of Oligosaccharides (RFO). In silico analyzes of Agrobacterium fabrum C58 indicate that the strain possesses an operon we called mel, similar to the agp operon in Ensifer meliloti 1021 described as responsible for the transport and degradation of RFOs that appears to influence the survival of the bacterium in the rhizosphere. We hypothesized that the PBP MelB of the mel operon in A. fabrum C58 is responsible for the transport of the RFOs.My thesis work allowed to finalize the structural and biochemical characterization of mannityl-opines transporters and allowed the identification and characterization of MelB as responsible for the import of RFO and galactinol (precursor of the RFO). The transport and degradation of the molecules transported by these PBPs are important for the colonization of their environment.