Soutenance de thèse de BOSC Lola
Titre de thèse
Caractérisation fonctionnelle de la voie d'import de zinc pseudopaline-dépendante chez Pseudomonas aeruginosa
Functional characterization of the pseudopaline-dependent zinc import pathway in Pseudomonas aeruginosa
Résumé de la thèse
Les métaux biologiques, comme le fer, zinc, manganèse, cuivre, cobalt et nickel, constituent des éléments indispensables au bon fonctionnement des cellules. Les bactéries ont de ce fait développé différents mécanismes permettant de récupérer ces nutriments dans l'environnement, notamment par la production de métallophores, de petites molécules ayant une forte affinité pour les métaux. Ceux-ci s'avèrent en particulier importants dans le cas des pathogènes faisant face à l'immunité nutritionnelle imposée par l'hôte qui limite la biodisponibilité des métaux. C'est dans ce contexte de forte carence que la bactérie Pseudomonas aeruginosa récupère le zinc nécessaire à sa croissance grâce au métallophore pseudopaline.
Au cours de ma thèse, j'ai cherché à caractériser plus en détail les mécanismes moléculaires régissant les différentes étapes de cette voie d'import de zinc. Ainsi, nous avons pu identifier des résidus clés pour le fonctionnement du transporteur CntI, permettant l'export de la pseudopaline néosynthétisée dans le périplasme. Par l'étude des réseaux d'interactions des protéines de la voie, nous avons notamment mis en évidence sa connexion physique avec la pompe d'efflux MexAB-OprM, impliquée dans la sécrétion de la pseudopaline depuis le périplasme jusque dans le milieu extracellulaire.
Dans le but de comprendre le devenir du complexe pseudopaline-métal suite à son import, nous avons montré que celui-ci était majoritairement importé dans le périplasme, où le métal est probablement libéré, tandis qu'une partie est importée dans le cytoplasme pour une fonction toujours inconnue. Cette étude nous a également permis d'identifier deux nouveaux partenaires de la voie : la protéine membranaire PA4838 interagissant avec CntI et MexB mais dont le rôle dans la voie reste à identifier, et la protéine cytoplasmique CntT (PA1921) méthylant la pseudopaline cytoplasmique et conduisant à sa dégradation.
De plus, et grâce à une étude collaborative, nous avons également étudié le rôle de la pseudopaline dans des conditions d'infection, démontrant le rôle exclusif de cette voie pour l'import de zinc en conditions de chélation et l'essentialité de celle-ci pour la formation de biofilms. Des études d'infection sur des macrophages ou un modèle murin a également démontré l'importance de la pseudopaline pour le pouvoir infectieux de P. aeruginosa.
Thesis resume
Biological metals such as iron, zinc, manganese, copper, cobalt and nickel are essential elements for proper cellular function. Bacteria have consequently developed various mechanisms to recover these nutrients from the environment, in particular by producing metallophores, small molecules with a strong metal affinity. These metallophores are particularly important in the case of pathogens facing nutritional immunity imposed by the host, which limits the bioavailability of metals. It is in this context of severe deficiency that the bacterium Pseudomonas aeruginosa recovers the zinc necessary for its growth using the metallophore pseudopaline.
During my thesis, I sought to characterize the molecular mechanisms governing the different steps of this zinc import pathway. We were thus able to identify key residues for the functioning of the CntI transporter, involved in the export of newly synthesized pseudopaline into the periplasm. By studying the interaction networks between the proteins of the pathway, we have notably highlighted its physical connection with the MexAB-OprM efflux pump, which is involved in the secretion of pseudopaline from the periplasm to the extracellular environment.
In order to understand the fate of the pseudopaline-metal complex following its import, we showed that it was mainly imported into the periplasm, where the metal is probably released, while a fraction is imported in the cytoplasm for a function that remains unknown. This study also led us to identify two new components of the pathway: the membrane protein PA4838, which interacts with CntI and MexB but whose role in the pathway remains to be identified, and the cytoplasmic protein CntT (PA1921), which methylates cytoplasmic pseudopaline, leading to its degradation.
In addition, thanks to a collaborative study, we also investigated the role of pseudopaline in infection conditions, demonstrating the exclusive role of this pathway in zinc import under chelation conditions and its essentiality for biofilm formation. Infection studies on macrophages or a mouse model have also demonstrated the importance of pseudopaline for the pathogenicity of P. aeruginosa.