Diffraction des neutrons pour l'étude des interactions protéine-sucre impliquées dans les infections bactériennes

Neutron diffraction for deciphering protein‐carbohydrate interactions involved in bacterial infection

• Auteur / Autrice : Lukáš Gajdoš
• Direction : Anne Imberty
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie structurale et nanobiologie
• Date : Soutenance le 20/05/2021
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Max von Laue-Paul Langevin (Grenoble) - Centre de recherches sur les macromolécules végétales (Grenoble ; 1966-....)
• Jury : Président / Présidente : Andréa Dessen
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Imberty, Michaela Wimmerová
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : John R. Helliwell, Derek Logan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Glucides

Lectines

Maladies bactériennes

Neutrons -- Diffraction

Mots clés libres

Structure

Lectine

Sucre

Neutron

Structure

Lectin

Sugar

Neutron

Résumé

Les lectines sont des protéines omniprésentes qui peuvent lier les glucides de manière spécifique et réversible. La reconnaissance et l'adhésion à médiation par les hydrates de carbone sont des événements clés dans les premières étapes de l'interaction des bactéries pathogènes ou symbiotiques avec un hôte. Par exemple, Pseudomonas aeruginosa est une bactérie opportuniste qui provoque une infection pulmonaire mortelle chez les patients atteints de mucoviscidose. Photorhabdus laumondii vit en relation symbiotique avec les nématodes et participe aux activités insecticides de ces vers. Les deux bactéries produisent plusieurs lectines, c'est-à-dire des récepteurs de glycanes, qui sont spécifiques aux glycoconjugués de l'hôte.Le but de cette thèse de doctorat était d'utiliser la cristallographie des protéines neutroniques pour fournir des informations sur les interactions entre lectines et glucides. Les lectines PLL et LecB spécifiques au fucus de Photorhabdus laumondii et Pseudomonas aeruginosa, respectivement, ont été choisies comme objet de notre étude. Une partie unique de la thèse a été la production in vivo d'un monosaccharide perdeutéré, le L-fucose, en utilisant des souches génétiquement modifiées de bactéries E. coli conçues par le Dr Eric Samain à l'institut CERMAV de Grenoble. Le fucose perdeutéré a été produit, purifié et caractérisé biophysiquement avec succès. Il a été utilisé comme ligand pour les essais de cristallisation des lectines PLL et LecB.Trois structures neutroniques ont été résolues dans le cadre de cette thèse. Deux structures de la lectine PLL de P. laumondii, à la fois sous forme apo et sous forme de ligand, et une structure de la lectine LecB de P. aeruginosa dans le complexe avec le fucose perdeutéré.Les résultats obtenus dans cette thèse ont donné lieu à une publication parue, une soumise et une en préparation qui font tous partie de ce manuscrit.

Lectins are ubiquitous proteins that can reversibly and specifically bind to carbohydrates. Carbohydrate-mediated recognition and adhesion are key events in the early steps of the interaction of pathogenic or symbiotic bacteria with a host. For example, Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic bacterium that causes lethal lung infection in cystic fibrosis patients. Photorhabdus laumondii lives in a symbiotic relationship with nematodes and is involved in insecticidal activities of these worms. Both bacteria produce several lectins, i.e. glycan receptors, which are specific for the host glycoconjugates.The aim of this PhD thesis was to use neutron protein crystallography to provide insights into lectin-carbohydrate interactions involved in bacterial infection. Fucose-specific lectins PLL and LecB from Photorhabdus laumondii and Pseudomonas aeruginosa, respectively, were produced in perdeuterated forms and crystallized with a ligand. A unique part of the thesis was the in vivo production of a perdeuterated monosaccharide, L-fucose, using genetically modified strains of E. coli bacteria designed by Dr. Eric Samain at CERMAV institute in Grenoble. Perdeuterated fucose has been successfully produced, purified and biophysically characterized. It was used as a ligand for crystallization trials of both PLL and LecB lectins.Three neutron structures have been solved in this thesis. Two structures of PLL lectin from P. laumondii both in apo and ligand-bound form and one structure of LecB lectin from P. aeruginosa in the complex with perdeuterated fucose.The results obtained in this thesis yielded one published publication, one submitted and one in preparation, which are all part of this manuscript.