Rôle des voies de signalisation à diGMP cyclique dans le cycle infectieux de Legionella pneumophila

Role of c-di-GMP signaling pathways in Legionella pneumophila infectious cycle

• Auteur / Autrice : Corentin Jaboulay
• Direction : Anne Vianney
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 20/01/2022
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre international de recherche en infectiologie (Lyon ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Florence Wisniewski-Dyé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Vianney, Eric Cascales, Sylvie Chevalier-Laurency, Matteo Bonazzi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Cascales, Sylvie Chevalier-Laurency

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lutte contre

Régulation (biologie)

Messagers secondaires (biochimie)

Développement

Legionella pneumophila

Mots clés libres

SST4

Legionella pneumophila

DiGMP cyclique

Système de sécrétion de type 4

T4SS

Legionella pneumophila

C-di-GMP

Type 4 secretion system

Résumé

Le di-GMP cyclique (diGMPc) est un messager secondaire bactérien ubiquitaire dont la variation de la concentration intracellulaire peut influencer le style de vie bactérien, modulant la transition d'un style de vie mobile vers un style de vie sessile. Chez certains pathogènes, ce messager secondaire est également impliqué dans la régulation de la virulence. Legionella pneumophila est une bactérie pathogène environnemental des milieux aquatiques qui persistent dans l'environnement en se répliquant au sein d'amibes. L’inhalation par l’Homme d’eau contaminée, vaporisée par les réseaux d’eau anthropisés, peut mener à l’infection des macrophages pulmonaires qui se traduit par une grave pneumonie appelée légionellose. Cette infection de cellules amibiennes et humaines est permise grâce à un arsenal de facteurs de virulence et notamment un système de sécrétion de type 4 (SST4) bipolaire, nommé Dot/Icm, qui permet la translocation de plus de 300 protéines bactériennes appelées effecteurs dans le cytoplasme de la cellule hôte, afin de détourner les processus de l'hôte au profit de la bactérie. Mon travail de thèse vise à démontrer l’implication des voies de signalisation à diGMPc dans le contrôle de la virulence et notamment la sécrétion d'effecteurs par le SST4 Dot/Icm de L. pneumophila. Pour cela nous avons mis au point une technique de suivi de translocation des effecteurs par fluorescence au cours du temps qui nous a permis, dans un premier temps, d'établir que les profils cinétiques de sécrétion des effecteurs sont spécifiques et indépendants du niveau de production de l'effecteur. Ces résultats mettent en évidence l'existence d'une régulation de la fonction de sécrétion du T4SS Dot/Icm lui permettant d'orchestrer l'injection de centaines d'effecteurs dans la cellule hôte. De plus, nous avons démontré que l'activité enzymatique d'une protéine synthétisant du diGMPc, la diguanylate cyclase Lpl0780/ Lpp0809, présente dans les souches Lens et Paris de L. pneumophila est spécifiquement requise pour la régulation fine de la cinétique de sécrétion des effecteurs par le SST4 Dot/Icm. La localisation bipolaire de la protéine, à proximité du SST4, permettrait à la DGC de délivrer du diGMPc agissant de manière directe ou indirecte sur les composants de cette machinerie. Nos résultats suggèrent également qu'une des protéines du SST4, l'ATPase de sécrétion DotB serait capable de lier le diGMPc in vitro. Ces résultats mettent en lumière, pour la première fois, le contrôle d'un SST4 par le second messager diGMPc. L'ensemble de travail contribue à une meilleure compréhension de l’organisation complexe et spécifique des voies de signalisation à diGMPc chez L. pneumophila et leurs liens avec le contrôle de la virulence de cette bactérie, ce qui pourraient permettre d’envisager une lutte plus efficace contre ce pathogène.

Cyclic di-GMP (cdiGMP) is a ubiquitous bacterial secondary messenger whose variation in intracellular concentration can influence bacterial lifestyle, modulating the transition from a mobile to a sessile lifestyle. In some pathogens, this secondary messenger is also involved in the regulation of virulence. Legionella pneumophila is an environmental pathogen of aquatic environments that persists in the environment by replicating within amoebae. Human inhalation of contaminated water, sprayed from anthropized water systems, can lead to infection of pulmonary macrophages resulting in a severe pneumonia called legionellosis. This infection of amoebic and human cells is enabled by an arsenal of virulence factors and in particular a bipolar type 4 secretion system (T4SS), called Dot/Icm, which allows the translocation of proteins called effectors in the cytoplasm of the host cell, hijacking the host processes to the benefit of the bacterium. My thesis work aims to demonstrate the involvement of cdiGMP signaling pathways in the control of virulence and in particular the secretion of effectors by the T4SS Dot/Icm of L. pneumophila. This involvement was investigated through the development of a fluorescence-based effector translocation monitoring technique over time which allowed us to establish that the kinetic profiles of effector secretion are specific and independent of the effector production level. These results highlight a T4SS Dot/Icm secretion function control allowing it to orchestrate the injection of hundreds of effectors into the host cell. Furthermore, we demonstrated that the enzymatic activity of a diGMPc-synthesising protein, the diguanylate cyclase Lpl0780/Lpp0809, present in L. pneumophila strains Lens and Paris, is specifically required for the fine regulation of effector secretion timing by the Dot/Icm secretion system. The bipolar localization of the protein, close to T4SS, would allow the DGC to deliver cdiGMP acting directly or indirectly on components of this machinery. Our results also suggest that one of the T4SS proteins, the secretory ATPase DotB, would be able to bind cdiGMP in vitro. These results highlight, for the first time, the control of an T4SS by the second messenger cdiGMP. This work contributes to a better understanding of the complex and specific organization of cdiGMP signaling pathways in L. pneumophila and their links with the control of virulence of this bacterium, which could allow to consider a more efficient control of this pathogen.