ARN régulateurs staphylococciques et adaptation aux environnements dans l'hôte

Staphylococcal regulatory RNAs for adaptation to host environments

• Auteur / Autrice : Etornam Kofi Kumeko
• Direction : Philippe Bouloc
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Inscription en doctorat le 30/09/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et dynamique des systèmes vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : I2BC - Institut de Biologie Intégrative de la Cellule
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Régulation génique

Immunité nutritionnelle

Petit ARN

Relation hôte-pathogène

Nutritionnal immunity

Host-pathogen interaction

SRNA

Gene regulation

Résumé

Pour établir une infection, les agents pathogènes doivent s'adapter pour survivre dans des environnements hostiles et changeants de l'hôte. Ils doivent faire face à des températures donnés, au pH acide, à une hyper-osmolarité, aux stress oxydatif et nitrosatif et à des limitations en oxygène. De plus, les agents pathogènes dépendent de leurs hôtes pour leurs nutriments (métaux, sources de carbone, lipides, azote, soufre, ...). Pour empêcher la prolifération des pathogènes, les organismes hôtes séquestrent des éléments essentiels ; cette stratégie est appelée 'immunité nutritionnelle'. Par conséquent, une adaptation réussie des bactéries à leur environnement est nécessaire à l'infection ; pour cela, elles ont développé des systèmes qui répondent à des conditions de stress spécifiques et déclenchent des réponses appropriées. Une telle régulation sophistiquée de l'expression des gènes est un processus complexe impliquant de nombreux régulateurs, dont les petits ARN régulateurs (ARNrég). Ces derniers ajustent rapidement l'expression génétique, généralement aux niveaux post-transcriptionnel et traductionnel, en s'appariant aux ARNm ciblés, contribuant ainsi à l'adaptation des pathogènes. S. aureus est une bactérie pathogène qui pose un réel problème de santé publique à l'échelle mondiale. L'émergence de souches de S. aureus multirésistantes due à l'utilisation massive d'antibiotiques motive la recherche de nouvelles cibles thérapeutiques. Une compréhension des réponses d'adaptation au stress et de leur régulation est essentielle pour la compréhension des interactions hôte/pathogène et pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques. Bien que les ARNrég soient considérés comme des cibles prometteuses pour des composés antimicrobiens et qu'ils aient suscité un large intérêt, seuls quelques ARNrég ont été caractérisés à ce jour chez S. aureus. Nous avons largement contribué à ce domaine en découvrant et en caractérisant des ARNrég associés au contrôle du métabolisme central, à la résistance aux antibiotiques et à la virulence (Bohn et al., 2010 ; Coronel-Tellez et al., en révision ; Esberard et al., 2022 ; Rochat et al., 2018). Comme les ARNrég ajustent souvent finement l'expression des gènes, trouver des phénotypes associés est un challenge du domaine de recherche. Pour adresser cette difficulté, nous avons développé une stratégie basée sur le fitness de mutants (Le Lam et al., 2017). Cette stratégie nous fournit une avancée technique unique qui a conduit à l'identification d'ARNrég avec des phénotypes pertinents pour le processus infectieux. Par exemple, nous avons découvert un ARNrég clé pour l'adaptation à la carence en fer, cet ARNrég est nécessaire pour la virulence complète (Coronel-Tellez et al., en révision). Le projet de thèse proposé vise à i) identifier et caractériser les ARNrég associés à l'adaptation aux stress liés à la virulence. Les ARNrég déjà révélés par des sélections précédentes seront étudiés en parallèle ; ils ont des phénotypes remarquables et constituent un plan alternatif au cas où la sélection proposée ne conduirait pas à l'identification d'ARNrég avec des phénotypes intéressants. ii) En collaboration (Svetlana Chabelskaya, Université de Rennes I), l'impact sur la virulence des ARNrég sélectionnés sera analysé dans des modèles précliniques afin de relier l'adaptation au stress et à des infections spécifiques. iii) Le réseau de régulation contrôlé par les ARNrég étudiés sera décrypté. Le projet permettra une meilleure compréhension du processus d'infection et conduira éventuellement à la découverte de nouvelles cibles antimicrobiennes. Les figures et la méthodologie du projet sont présentées en anglais sur le document PDF joint à la demande.

To establish infections, pathogens must adapt to survive to changing hostile environments of the host. They have to cope with temperature, acid pH, hyper-osmolarity, oxidative and nitrosative stress, oxygen limitation. Pathogens rely on their hosts for nutrients such as metals, carbon, lipids, nitrogen and sulfur. Consequently, host organisms sequester essential elements in an effort to limit infections by a strategy called “nutritional immunity”. Transition metal intoxication has also emerged as an important component of host defense. Therefore, successful adaptation of bacteria to their environment is required for infection. For this, bacteria have developed sensitive systems that respond to specific stress conditions and trigger appropriate responses. These systems promote survival and propagation under varied conditions but also direct expression of virulence genes at the appropriate locations. Such sophisticated regulation of gene expression is a complex process involving many regulators including small regulatory RNAs (sRNA). These sRNAs promptly fine-tune genetic expression, usually at post-transcriptional and translational levels, by base-pairing to targeted mRNAs, thus activating bacterial adaptation to the varied environments, including those within its dedicated hosts. S. aureus is an important human and animal pathogen causing a real global public health problem. The emergence of multidrug-resistant S. aureus strains due to the massive use of antibiotics motivates a search for new therapeutic targets. An understanding of stress responses and their regulation is essential for comprehension of host/pathogen interactions and for development of new therapeutic strategies. Although, sRNAs are proposed as promising antimicrobial drug targets and have attracted broad interest, only few regulatory RNAs have been characterized to date in S. aureus. We have largely contribute to the field by discovering and characterizing sRNAs associated with the control of central metabolism, antibiotic resistance and virulence [e.g. (Bohn et al., 2010; Coronel-Tellez et al., in revision; Esberard et al., 2022; Rochat et al., 2018)]. Because sRNA often fine-tune gene expression, finding sRNA-dependent phenotypes is a main difficulty in the research field. However, we developed a strategy based on the fitness of mutants, which efficiently identifies sRNA phenotypes (Le Lam et al., 2017). This strategy provided us with a unique technical advance that led to the identification of sRNAs with phenotypes relevant to the infectious process. For example, we uncovered a key sRNA for adaptation during iron depletion which is required for full virulence (Coronel-Tellez et al., in revision). The propose thesis project intends to i) identify and characterize sRNAs associated with adaptation to specific virulence-related stresses. sRNAs already uncovered by previous selections will be studied in parallel; they have remarkable phenotypes and constitute an alternative plan in case the proposed selection does not lead the identification of sRNAs with interesting phenotypes. ii) In collaboration (Svetlana Chabelskaya, University of Rennes I), the impact of sRNA activities on virulence will be analyzed in preclinical models to link adaptation to stress and specific infections. iii) The regulatory network controlled by the studied sRNAs will be decipher. The project will improve our understanding of the infection process and eventually lead to the discovery of new antimicrobial targets. The figures and methodology of the project are presented in English on the PDF document attached to the application.