Analyse moléculaire et dynamique de l’infection par les coliphages filamenteux

Molecular analysis and dynamics of filamentous coliphage infection

• Auteur / Autrice : Callypso Pellegri
• Direction : Laetitia Houot
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie-Santé - Spécialité Microbiologie
• Date : Soutenance en 2024
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de la vie et de la santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LISM - Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Macromoléculaires
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : LISM - 3 - Transports macromoléculaires à travers l’enveloppe bactérienne
• Jury : Président / Présidente : Eric Cascales
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laetitia Houot, Emmanuelle Bille, Christian Lesterlin, Elsa Garcin, Paulo Tavares
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christian Lesterlin, Paulo Tavares

Mots clés

Mots clés libres

Phages filamenteux

Phages Ff

Système Tol-Pal

Interaction protéine-protéine

Dynamique d’infection

Microscopie fluorescente

Filamentous phages

Ff phages

Tol-Pal system

Protein-protein interaction

Infection dynamics

Fluorescent microscopy

Résumé

Les phages filamenteux sont des virus bactériens peu étudiés de la sous-classe des Inoviridae qui établissent une relation symbiotique avec leur hôte au lieu de le tuer. Cette association renforce la diversité génomique et la capacité d'adaptation des bactéries. Elle renforce également la virulence de plusieurs pathogènes animaux et végétaux. Pour que l'infection par un phage réussisse, une série complexe de processus moléculaires doit être orchestrée dans le temps et dans l'espace, afin de réaliser i) la reconnaissance spécifique d'un récepteur de pilus, ii) l'importation à travers l'enveloppe de la double membrane, et iii) l'injection et la réplication de l'ADN. Les mécanismes permettant à ces phages d’infecter leur hôte bactérien sont encore mal décrits, mais l’étude des coliphages M13, fd et f1 a permis d'élucider certaines étapes chez E. coli. Lors d'une étape de réception, le phage se lie au pilus F via la protéine mineure de capside pIII, située à son extrémité. Ensuite, le phage est transloqué dans le périplasme où pIII interagit avec la protéine TolA, un composant du système Tol-Pal situé dans la membrane interne. Au début de ma thèse, la littérature suggérait que les protéines TolQ et TolR, également composant du système Tol-Pal, jouaient un rôle dans l'infection. J'ai donc cherché à vérifier cette hypothèse en utilisant des approches biochimiques, génétiques et phénotypiques. Nos résultats révèlent que pIII interagit directement avec TolQ et TolR via l’hélice hydrophobe située dans son domaine C-ter et me permettent de proposer une nouvelle étape dans le mécanisme d’infection. Pour aller plus loin, nous avons mis en place une approche qui permetta d’explorer l'implication potentielle des protéines, virales ou bactériennes, dans la formation d’un pore de tranfert du génome du phage. Dans une seconde partie de ma thèse, j'ai cherché à caractériser les aspects spatio- temporels de l'infection en combinant des approches de génétique, biochimie et microscopie fluorescente. Nos résultats préliminaires valident nos outils et fournissent des premières indications sur la dynamique de l'infection, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour des études plus approfondies.

Filamentous phages are little-studied bacterial viruses of the Inoviridae subclass that establish a symbiotic relationship with their host instead of killing it. This association enhances the genomic diversity and adaptability of bacteria. It also enhances the virulence of many animal and plant pathogens. For phage infection to succeed, a complex series of molecular processes must be orchestrated in time and space, in order to achieve i) specific recognition of a pilus receptor, ii) import through the double membrane envelope, and iii) DNA injection and replication. The mechanisms by which these phages infect their bacterial host are still poorly described, but the study of M13, fd and f1 coliphages has elucidated certain steps in E. coli. In a reception step, the phage binds to the F pilus via the minor capsid protein pIII, located at its tip. The phage is then translocated to the periplasm, where pIII interacts with the TolA protein, a component of the Tol-Pal system located in the inner membrane. At the start of my thesis, the literature suggested that the TolQ and TolR proteins, also components of the Tol-Pal system, played a role in infection. I therefore sought to test this hypothesis using biochemical, genetic and phenotypic approaches. Our results reveal that pIII interacts directly with TolQ and TolR via the hydrophobic helix located in its C- ter domain, enabling me to propose a new step in the mechanism of infection. To take this a step further, we have set up an approach to explore the potential involvement of viral or bacterial proteins in the formation of a transfer pore in the phage genome. In the second part of my thesis, I sought to characterize the spatio-temporal aspects of infection by combining genetic, biochemical and fluorescent microscopy approaches. Our preliminary results validate our tools and provide initial insights into the dynamics of infection, opening up new perspectives for more in-depth studies.