Rôles des protéines UppP, CozEa et CozEb dans la morphogénèse et l’homéostasie membranaire de la bactérie Streptococcus pneumoniae

Roles of the proteins UppP, CozEa and CozEb in the morphogenesis and membrane homeostasis of the bacterium Streptococcus pneumoniae

• Auteur / Autrice : Linus Wilhelm
• Direction : Christophe Grangeasse, Adrien Ducret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 31/01/2024
• 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 : Christophe Grangeasse, Adrien Ducret, Anne Galinier, Rut Carballido-López, Thierry Touzé, Alexandra Gruss, Nathalie Campo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Galinier, Rut Carballido-López, Thierry Touzé
• DOI : 10.70675/1c463affza098z4806z9086z45bcac6103fe

Mots clés

Mots clés contrôlés

Homéostasie

Peptidoglycanes

Acides teichoïques

Pneumocoque

Mots clés libres

Bactérie

Morphogénèse

Peptidoglycane

Membrane plasmique

Acides Téichoïques

Streptococcus pneumoniae

Bacteria

Morphogenesis

Peptidoglycane

Plasma membrane

Teichoic acids

Streptococcus pneumoniae

Résumé

Streptococcus pneumoniae est une bactérie pathogène à Gram positif. Son enveloppe cellulaire est composée d’une seule membrane entourée d’une épaisse couche d’un réseau complexe de glycanes appelé peptidoglycane, qui donne à la cellule sa forme et sa structure. La membrane et le peptidoglycane (PG) sont décorés par des polymères anioniques de surface, les acides téichoïques. Ces acides peuvent être directement attachés au réseau de glycanes pour former des acides téichoïques de paroi (WTAs) ou liés à une ancre lipidique pour former des acides lipotéichoïques (LTAs). Ils jouent un rôle central en modulant les propriétés physico-chimiques de la surface cellulaire. Récemment, il a été démontré qu'une protéine conservée chez les bactéries à Gram positif, appelée CozEa, est essentielle à la division cellulaire de la bactérie Streptococcus pneumoniae. Sa fonction est encore largement énigmatique même s’il a été proposé qu’elle pourrait réguler la protéine PBP1a nécessaire à la synthèse du PG. Afin d'étudier le rôle de CozEa, nous avons construit un mutant de déplétion. Nous avons confirmé que la croissance et la morphologie étaient gravement affectées en l'absence de CozEa, indiquant son caractère essentiel pour la division cellulaire. Cependant, nos travaux ont permis de démontrer que la fonction de CozEa n’était pas dédiée à la régulation de PBP1a. A l’inverse, nos analyses ont démontré un lien génétique entre la biosynthèse de l'un des lipides majeurs de S. pneumoniae et CozEa. De manière intéressante, la synthèse de ce lipide est interconnectée avec la synthèse des LTAs. Une analyse des LTAs produit par le mutant ∆cozEa a également montré que leur synthèse était affectée. A partir de là nous avons formulé l’hypothèse que les propriétés physico-chimiques de la membrane pourraient être affectées en l’absence de CozEa. Pour démonter cette hypothèse, nous avons utilisé un antibiotique fluorescent ciblant spécifiquement la membrane et observé que cet antibiotique s'insérait plus efficacement dans la membrane du mutant ∆cozEa. Pourtant, l’analyse des glycolipides majeurs de la membrane n’a révélé aucune différence chez le mutant ∆cozEa. Nous avons alors testé différentes stratégies pour modifier le ratio entre les acides gras insaturés et saturés de la membrane. Ces approches ont alors permis d’observer que les défauts de croissance et de morphogénèse d'un mutant CozEa pouvaient être partiellement corrigés. Cette étude a donc permis de redéfinir la fonction de la protéine CozEa. Loin d’être un régulateur des PBP et de l’assemblage du peptidoglycane, nos observations suggèrent que la fonction de CozEa est étroitement associée au maintien de l’homéostasie membranaire et à l’assemblage de certains lipides (LTAs) nécessaires à l’assemblage d’une paroi fonctionnelle.

Streptococcus pneumoniae is a Gram-positive pathogenic bacterium. Its cell envelope is composed of a single membrane surrounded by a thick layer of a complex network of glycans called peptidoglycan, which gives the cell its shape and structure. The membrane and the peptidoglycan (PG) are decorated by anionic surface polymers, teichoic acids. These acids can be directly attached to the glycan network to form wall teichoic acids (WTAs) or linked to a lipid anchor to form lipoteichoic acids (LTAs). They play a central role in modulating the physicochemical properties of the cell surface. Recently, a conserved protein in Gram-positive bacteria, called CozEa, was shown to be essential for cell division in the bacterium Streptococcus pneumoniae. Its function is still largely enigmatic although it has been proposed that it could regulate the PBP1a protein necessary for PG synthesis. To study the role of CozEa, we constructed a depletion mutant. We confirmed that growth and morphology were severely affected in the absence of CozEa, indicating its essential nature for cell division. However, our work demonstrated that the function of CozEa was not dedicated to the regulation of PBP1a. Conversely, our analyzes demonstrated a genetic link between the biosynthesis of one of the major lipids of S. pneumoniae and CozEa. Interestingly, the synthesis of this lipid is interconnected with the synthesis of LTAs. An analysis of LTAs produced by the ∆cozEa mutant also showed that their synthesis was affected. From there we formulated the hypothesis that the physicochemical properties of the membrane could be affected in the absence of CozEa. To disassemble this hypothesis, we used a fluorescent antibiotic specifically targeting the membrane and observed that this antibiotic inserted more efficiently into the membrane of the ∆cozeA mutant. However, analysis of major membrane glycolipids revealed no differences in the ∆cozeA mutant. We then tested different strategies to modify the ratio between unsaturated and saturated fatty acids in the membrane. These approaches then made it possible to observe that the growth and morphogenesis defects of a CozEa mutant could be partially corrected. This study therefore made it possible to redefine the function of the CozEa protein. Far from being a regulator of PBPs and peptidoglycan assembly, our observations suggest that the function of CozEa is closely associated with the maintenance of membrane homeostasis and the assembly of certain lipids (LTAs) necessary for the assembly of a functional wall.