Etude d'assemblages protéiques biologiques supramoléculaires par RMN du solide

Supramolecular biological protein assemblies study using solid-state NMR

• Auteur / Autrice : Nadia El Mammeri
• Direction : Antoine Loquet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Physique
• Date : Soutenance le 04/12/2020
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie et Biologie des Membranes et des Nanoobjets (Bordeaux ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Erick Joël Dufourc
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Antoine Loquet, Erick Joël Dufourc, Anja Böckmann, Olivera Francetic, Jorge E. Galan, Ákos Kovács, Cameron Mackereth, Sven Saupe
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Anja Böckmann, Olivera Francetic

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bacillus cereus

Bacillus subtilis

Résonance magnétique nucléaire

Nanotechnologie

Mots clés libres

Machine bacterienne

Biologie structurale

RMN du solide

Assemblages supramoléculaires

Bacterial machines

Structural biology

Solid-state NMR

Supramolecular assemblies

Résumé

Ma thèse a pour buts l'élucidation fonctionnelle et l'étude structurale de nanomachines biologiques en utilisant principalement la RMN du solide : (i) La protéine SesB trouvée chez Nectria haematococca, dont l'assemblage en fibrilles amyloïdes, serait impliquée dans les mécanismes de signalisation de mort cellulaire programmée. En utilisant la RMN du solide avec rotation à l’angle magique, un nouveau modèle structural de cet amyloïde a été établi pour les fibrilles amyloïdes SesB de Nectria haematococca. (ii) Des protéines appelées TasA, TapA et CalY dont l'assemblage en fibrilles amyloïdes est impliqué dans la formation et l'intégrité des biofilms bactériens chez Bacillus subtilis et Bacillus cereus. Des différences structurales ont été observées entre ces deux espèces. Bacillus subtilis et quelques mutants (mutations de gènes impliqués dans la formation de biofilms) ont été étudiés en utilisant la RMN du solide sur cellules entières pour comprendre l'impact de la délétion de ces composants sur la paroi cellulaire globale et la composition de la matrice. (iii) HET-s, l'amyloïde fonctionnelle fongique aujourd’hui très étudié, est utilisé ici comme système modèle dans une stratégie visant à utiliser les avantages combinés de la DNP, de la rotation très rapide à l’angle magique et de la dilution de spin dans le contexte d'études de biologie structurale. Il a été prouvé qu'une utilisation pertinente de ces techniques constitue une stratégie potentiellement robuste pour la caractérisation structurale des assemblages supramoléculaires pour augmenter la sensibilité des analyses par RMN. (iv) Des polymères protéiques inhabituels, en forme de ruban, appelés R-bodies (« refractile bodies » de type 51), que l'on trouve chez de nombreuses espèces bactériennes, comme Caedibacter et Pseudomonas. Une attribution complète des signaux RMN des R-bodies a été réalisée en utilisant la RMN du solide avec rotation à l’angle magique à très grande vitesse. Un modèle structurel des monomères est établi et tient compte de leur changement conformationnel en fonction du pH, ainsi que de leur capacité à relarguer des biomolécules.

I have worked on elucidating and studying biological nanomachines using mainly solid-state NMR (SSNMR): (i) The protein SesB found in Nectria haematococca whose assembly into amyloid fibrils is thought to be involved in programmed-cell death signalling mechanisms. Using magic-angle spinning SSNMR, a novel structural amyloid fold model for Nectria haematococca amyloid fibrils was established. (ii) Proteins called TasA, TapA, and CalY found in Bacillus subtilis and Bacillus cereus whose assembly into amyloid fibrils is involved in biofilm formation and integrity. Bacillus subtilis and its mutants have been studied using whole-cell SSNMR to understand the impact of biofilm matrix components deletion in the overall cell wall, and matrix composition. The protein TasA found in Bacillus subtilis has been observed to perturb liposomes as membrane models. (iii) HET-s, the well documented fungal functional amyloid, used here as a model system in a scheme to use the combined advantages of DNP, fast MAS, and spin dilution in the context of structural biology studies. A relevant use of DNP in combination with fast MAS and specific labelling has been proven to be a potential robust strategy for structural characterization of supramolecular assemblies. (iv) Unusual, ribbon-like protein polymers called R-bodies (Type 51 refractile bodies) found in many bacterial species, such as Caedibacter and Pseudomonas. A complete resonance assignment of R- bodies was achieved using very fast MAS SSNMR. A structural model of the monomers was established and accounts for their interesting pH-dependent switch, as well as the ability to deliver biomolecules