Caractérisation de la Lugdulysine, une zinc métallopeptidase et facteur de virulence synthétisé par Staphylococcus lugdunensis

Characterization of the Lugdulysin, a zinc metallopeptidase and virulence factor synthetized by Staphylococcus lugdunensis

• Auteur / Autrice : Kévin Prola
• Direction : Gilles Prévost
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 17/05/2021
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences de la vie et de la santé (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Virulence bactérienne précoce : fonctions cellulaires et contrôle de l'infection aiguë et subaiguë (Strasbourg ; 2013-2023)
• Jury : Président / Présidente : Esther Kellenberger
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michel-Robert Popoff, Martine Pestel-Caron

Mots clés

Mots clés contrôlés

Virulence (microbiologie)

Génétique bactérienne

Staphylocoques à coagulase négative

Staphylococcus lugdunensis

Mots clés libres

M30 zinc métallopeptidase

Lugdulysine

Staphylococcus lugdunensis

M30 zinc metallopeptidase

Lugdulysin

Staphylococcus lugdunensis

Résumé

Staphylococcus lugdunensis est un staphylocoque à coagulase négative CoNS présentant des particularités microbiologiques et cliniques singulières. En effet, cette bactérie est impliquée dans des infections sévères particulièrement graves. L’intérêt grandissant pour cette bactérie a permis d’identifier et de caractériser un nombre inhabituel de facteur de virulence pour un CoNS. En ce sens, l’étude clinique VISLISI menée par notre laboratoire, a révélé une corrélation entre l’activité de la Lugdulysine et la survenue d’infections ostéoarticulaires. La Lugdulysine est une zinc métallopeptidase, apparentée à l’Hyicolysine, enzyme de référence de la famille M30 et synthétisée par S. hyicus. Cependant, cette famille n‘est pas réellement caractérisée. Pour ces deux raisons, nous avons décidé d’étudier lors de cette thèse le rôle et les caractéristiques de la Lugdulysine. Ce travail a permis notamment de résoudre les structures de la Lugdulysine et de la Prolugdulysine (mutée). Ces deux éléments structuraux ont permis d’établir un modèle de maturation centré autour d’un « aspartate switch », et d’élucider le mécanisme de latence de cette famille. Ces structures ont également révélé un troisième type de chaperonne intramoléculaire puisque la partie N-terminale du propeptide reste liée tout au long de la vie de la Lugdulysine. Nous avons également caractérisé la spécificité de l’enzyme pour des substrats peptidiques peu structurés avec un motif de clivage pouvant être définit comme trois résidus après un acide aminé hydrophobe. Nous avons pu observer un effet protecteur fort de la Lugdulysine contre le LL37, et d’inhibition du développement du biofilm. Pour finir, nous avons développé des 5 substrats fluorescents permettant l’ étude des paramètres cinétiques (kcat/Km) de l’enzyme.

Staphylococcus lugdunensis is a coagulase negative staphylococcus (CoNS) that induces various infections of unusual severity. Growing interest for this bacterium allows the identification of various virulence factors. In regard of these considerations, a prospective clinical study was conducted to identify new potential virulence factors. These authors found a correlation between Lugdulysin and osteoarticular infections. Lugdulysin is a zinc metallopeptidase closely related to Hyicolysin, the poorly characterized reference member of the M30 family. First, we solved the first two crystal structure of Lugdulysin and mutated Prolugdulysin. We found that the propeptide contains an inhibitory domain running across the catalytic cleft. Prolugdulysin is matured after the cleavage of two bait regions and the removal of Asp73 residue though an aspartate switch. We characterized a third intramolecular chaperone type, signifying that the N-terminal domain of the propeptide stays noncovalently bound to the catalytic domain after the maturation process. We also found that Lugdulysin only hydrolyzes small peptides and cuts 3 aminoacids after and hydrophobic residue. Lugdulysin has a strong protective effect against LL37 antimicrobial activity and can inhibits biofilm formation. Finally, we designed 5 fluorogenic substrates and determined their specificity constants (kcat/Km).