Impact du cuivre sur la protéostasie et rôle des chaperons moléculaires chez Escherichia coli

• Auteur / Autrice : Lisa Zuily
• Direction : Marianne Ilbert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 01/10/2021
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Bioénergétique et Ingénierie des Protéines (Marseille ; 2012-....) - Institut de Microbiologie de la Méditerranée (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Thérèse Giudici-Orticoni
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Pierre Castanié-Cornet, Vincent Lebrun, Jean-Philippe Dos Santos
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sophie Rahuel-Clermont, Jean-Yves Matroule

Mots clés

Mots clés contrôlés

Escherichia coli

Métalloprotéines

Molécules chaperonnes

Homéostasie protéique

Cuivre

Mots clés libres

Cuivre

Protéostasie

Chaperon

Ros

Cooper

Proteostasis

Chaperon

Ros

Résumé

Le cuivre (Cu) est essentiel pour la cellule. Pourtant, en excès, il devient toxique . Le cuivre est connu pour ses propriétés de biocide et le ou les mécanismes qui contribuent à sa toxicité ont souvent été liés à la production de ROS et/ou à une mismétallation des métalloprotéines conduisant à leur inactivation. Nous avons démontré que le cuivre, in vivo, induisait une agrégation des protéines chez Escherichia coli en conditions anaérobies. Pour mieux comprendre son mécanisme d’action, nous avons réalisé des expériences ex vivo dans des conditions strictement anaérobies et nous avons démontré que le Cu+, la forme réduite du cuivre présente dans le cytoplasme, provoque une agrégation généralisée de diverses protéines, et non uniquement des métalloprotéines, indépendamment des ROS. Le cuivre semble donc avoir un fort impact sur la protéostasie. Nous avons également mis en évidence que certaines protéines chaperons sont nécessaires à la survie d’E. coli en condition de stress cuivre, dont la chaperon redox régulée Hsp33. En effet, cette dernière est rapidement activée par le Cu+ dans des conditions anaérobies. De plus, contrairement au mécanisme d'activation connu de Hsp33 , elle est activé via un nouveau mécanisme incluant un événement de trans-métallation zinc/cuivre entièrement réversible. Dans l'ensemble, nos travaux fournissent de nouvelles perspectives sur le mécanisme de la toxicité du Cu+ dans des conditions anaérobies et sur les mécanismes de défense mis en place par les bactéries.

Copper (Cu) is essential for the cell. However, in excess, it becomes toxic. Copper is well known for its biocidal properties. The underlying molecular mechanism that contribute to its toxicity have often been related to ROS production and/or metalloproteins mismetallation. We have shown that copper, in vivo, induces massive protein aggregation in E. coli under anaerobic conditions. To better understand copper's mechanisms of action, we performed ex vivo experiments under strictly anaerobic conditions and showed that Cu+, the reduced form of copper present in the cytoplasm, causes widespread aggregation of various type of proteins, not only metalloproteins, independently of ROS. Therefore, copper seems to have a strong impact on proteostasis. In this sense, we have also shown that molecular chaperones are necessary for the survival of E. coli under copper stress. This disruption of proteostasis was confirmed by the induction of the heat shock response under anaerobic conditions while under aerobic conditions it is the oxidative stress response which is mainly induced. We have also demonstrated the role of the regulated redox chaperone Hsp33 during copper stress. Indeed, Hsp33 is rapidly activated by Cu+ under anaerobic conditions. Furthermore, unlike the known activation mechanism of Hsp33 mediated by the formation of disulfide bonds, under Cu+ stress conditions, Hsp33 is activated via an entirely new mechanism involving a fully reversible zinc/copper trans-metallation event. Overall, our work brings new insights into the mechanism of Cu+ toxicity under anaerobic conditions and the defense mechanisms implemented by bacteria.