Caractérisation structurale des enzymes impliquées dans les modifications du peptidoglycane et des acides téichoïques chez Lactiplantibacillus plantarum

Structural characterization of enzymes involved in peptidoglycan and teichoic acid modifications in Lactiplantibacillus plantarum

• Auteur / Autrice : Nikolaos Nikolopoulos
• Direction : Stéphanie Ravaud, Christophe Grangeasse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie
• Date : Soutenance le 15/12/2022
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé (Villeurbanne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Molecular Microbiology and Structural Biochemistry (Lyon ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Patrice Gouet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphanie Ravaud, Christophe Grangeasse, Solange Morera, Cédric Laguri, Juan A. Hermoso, Pauline Macheboeuf
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Solange Morera, Cédric Laguri, Juan A. Hermoso

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lactobacilles

Drosophiles

Peptidoglycanes

Acides teichoïques

Mots clés libres

Peptidoglycane

Acides téichoïques

Lactiplantibacillus plantarum

Biologie structurale intégrative

Protéines de liaison à la pénicilline

TA D-alanylation

Voie Dlt

Interactions hôte-microbe

Peptidoglycan

Teichoic acids

Lactiplantibacillus plantarum

Integrative structural biology

Penicillin-binding proteins

TA D-alanylation

Dlt pathway

Host-microbe interactions

Résumé

La paroi cellulaire bactérienne détermine la forme des cellules et régule la communication de la bactérie avec son environnement. Elle consiste en un polymère en forme de maille situé à l'extérieur de la membrane plasmique appelé peptidoglycane (PG) composé de brins de glycane réticulés par des chaînes peptidiques. La plupart des bactéries Gram-positives contient également un deuxième type de polymères dans leur paroi cellulaire appelés acides teichoïques (TA). Les TA sont des composés polyol-phosphate qui sont soit attachés aux PG (acides téichoïques muraux, WTA) soit ancrés à la membrane plasmique (acides lipotéichoïques, LTA). Les enzymes de modification de la paroi cellulaire sont responsables de la synthèse, du remodelage et des modifications des molécules PG et TA. Récemment, un opéron appelé pbpX2-dlt de la bactérie commensale à Gram positif Lactiplantibacilllus plantarum a été identifié comme le déterminant génétique de la croissance juvénile de son hôte, la drosophile. L'opéron code une machinerie modifiant la paroi cellulaire. Cependant, la structure et la fonction de la plupart des protéines codées étaient peu documentées. Au cours de ma thèse, j’ai ainsi caractérisé ces protéines suivant une approche de biologie structurale intégrative. Mes travaux ont notamment permis de révéler un nouveau rôle pour la protéine PbpX2 (rebaptisée DltE) qui avait été initialement annotée comme une protéine de liaison à la pénicilline. De plus, j’ai pu révéler les détails moléculaires de certaines étapes clés du processus de D-alanylation des TA par les enzymes Dlt. Enfin nous avons pu mettre en évidence des interactions entre des partenaires protéiques et des complexes protéine-ligand jusqu'alors inexplorés. Ce travail de thèse a ainsi permis plus globalement d’identifier d’importants signaux symbiotiques dictant les interactions hôte- microbe. A terme ce travail de thèse pourra également contribuer à une meilleure connaissance de nouveaux acteurs de la synthèse et du remodelage de la paroi cellulaire des lactobacilles et des bactéries Gram-positives en général.

The bacterial cell wall determines the shape of the cell and regulates the communication of the bacterium with its environment. It consists of a mesh-like polymer located outside the plasma membrane called peptidoglycan (PG) composed of glycan strands cross-linked by peptide chains. Most Gram-positive bacteria also contain a second type of polymer in their cell wall called teichoic acids (TA). TAs are polyol-phosphate compounds that are either attached to PG (wall teichoic acids, WTAs) or anchored to the plasma membrane (lipoteichoic acids, LTAs). Cell wall-modifying enzymes are responsible for the synthesis, remodeling and modifications of PG and TA molecules. Recently, an operon called pbpX2-dlt from the commensal Gram-positive bacterium Lactiplantibacilllus plantarum was identified as the genetic determinant of juvenile growth in its host, Drosophila. The operon encodes a machinery that modifies the cell wall. However, the structure and function of most encoded proteins were poorly documented. During my thesis, I characterized these proteins using an integrative structural biology approach. In particular, my work revealed a new role for the PbpX2 protein (renamed DltE) which had initially been annotated as a penicillin-binding protein. Furthermore, I was able to reveal the molecular details of some key steps in the D-alanylation process of TAs by the Dlt enzymes. Finally, we were able to highlight interactions between protein partners and protein-ligand complexes that had hitherto been unexplored. More generally, this thesis work has thus made it possible to identify important symbiotic signals dictating host-microbe interactions. Ultimately, this thesis work may also contribute to a better understanding of new actors in the synthesis and remodeling of the cell wall of lactobacilli and Gram-positive bacteria in general.