Les mécanismes moléculaires de la biominéralisation intracellulaire de CaCO3 chez les cyanobactéries

Molecular mechanisms of intracellular biomineralization of CaCO3 by cyanobacteria

• Auteur / Autrice : Sigrid Görgen
• Direction : Karim Benzerara, Corinne Cassier-Chauvat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géobiologie
• Date : Soutenance le 09/10/2020
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Jorge Cubo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Corinne Cassier-Chauvat, Muriel Gugger
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Virginie Chapon, David Moreira

Mots clés

Mots clés contrôlés

Expression génique

Cyanobactéries

Minéralisation (biologie)

Carbonate de calcium

Mots clés libres

Cyanobactéries

IACC

Génétique

Délétion

Expression

Localisation

STXM

CEMOVIS

Cyanobacteria

IACC

Genetic

Deletion

Expression

Localization

STXM

CEMOVIS

Résumé

La biominéralisation des carbonates de calcium est un processus répandu chez les bactéries. Cependant les mécanismes moléculaires sous-jacents restent mal compris. Récemment, la biominéralisation intracellulaire de phases amorphes de carbonate de calcium (iACC) a été découverte chez des cyanobactéries répandues environnementalement et phylogénétiquement. Un gène orphelin de fonction inconnue, nommé ccyA et codant pour une protéine nommée Calcyanine, a été identifié uniquement chez ces cyanobactéries. Ainsi mon travail de thèse a consisté à développer une approche génétique pour analyser la fonction in vivo du gène ccyA et déterminer si la protéine qu’il code est impliquée ou non dans la formation des iACC. L’échec des tentatives de délétion de ccyA chez Cyanothece sp. PCC 7425 et Synechococcus sp. PCC 6312 suggère que ce gène leur est essentiel. Nous avons donc construit une expression hétérologue de ccyA dans des cyanobactéries modèles ne formant pas naturellement des iACC. L’expression constitutive de diverses séquences du gène ccyA a montré que la croissance de Synechococcus elongatus PCC 7942 est ralentie par rapport à celle de la souche sauvage. En accord, les mutants exprimant le ccyA présentent plus de cellules mortes que la souche sauvage. Enfin, ces mutants possèdent plus de calcium intracellulaire que la souche sauvage, suggérant une modification de l’homéostasie du calcium. Enfin, j’ai introduit des plasmides par conjugaison chez Cyanothece sp. PCC 7425 et Synechococcus sp. PCC 6312 leur permettant de surproduire ccyA. La Calcyanine fusionnée avec la eGFP se localise à la membrane et aux pôles des cellules chez la souche Synechococcus sp. PCC 6312.

The biomineralization of calcium carbonates is a common process in bacteria, however, the underlying molecular mechanisms remain poorly understood. Recently, intracellular biomineralization of amorphous calcium carbonate phases (iACC) has been discovered in environmentally and phylogenetically widespread cyanobacteria. An orphan gene of unknown function, named ccyA and coding for a protein named Calcyanin, has been identified only in these cyanobacteria. My thesis work consisted in developing a genetic approach to analyze the in vivo function of the ccyA gene and determine whether or not the encoded protein is involved in the formation of iACCs. The failure of ccyA deletion attempts in Cyanothece sp. PCC 7425 and Synechococcus sp. PCC 6312 suggests that this gene could be essential to cells viability. We have therefore introduced a plasmid allowing heterologous expression of ccyA in model cyanobacteria that do not naturally form iACC. The constitutive expression of various ccyA sequences in Synechococcus elongatus PCC 7942 is slowed down compared to that of the wild strain. In agreement, ccyA-expressing mutants have more dead cells than the wild-type strain. Finally, these mutants have more intracellular calcium than the wild strain, suggesting a modification of calcium homeostasis. Finally, I introduced plasmids by conjugation in Cyanothece sp. PCC 7425 and Synechococcus sp. PCC 6312 allowing them to overproduce ccyA. Calcyanin fused with eGFP is localized to the membrane and poles of cells in Synechococcus sp. PCC 6312.