Soutenance de thèse de MARTINKUS Julius

Résumé de la thèse

Les bactéries ne vivent pas seules et doivent engager une compétition intense pour accéder à leurs niches écologiques et aux ressources. Pour cela, elle s'appuient sur des mécanismes moléculaires variés qui leur permettent d'inhiber les cellules voisines et d'interagir avec leurs hôtes. Parmi ces mécanismes, le système de sécrétion de type VI (SST6) est une nanomachine contractile largement répandue permettant l'injection directe d'effecteurs toxiques dans les cellules cibles. Les toxines polymorphiques, notamment les protéines Rhs, constituent une classe particulièrement polyvalente d'effecteurs hautement modulaires, portant des domaines toxiques C-terminaux variables. Au cours de ce travail de thèse, j'ai étudié les mécanismes moléculaires sous-jacents à l'activité, au chargement et à la diversification des toxines polymorphiques bactériennes, en me concentrant sur les effecteurs Rhs associés au T6SS.
J'ai tout d'abord caractérisé trois nouveaux effecteurs dépendants du NAD(P)+. La toxine Tne4Sf, associée à une protéine Rhs de Shewanella frigidimarina, appartient à la famille des NAD(P)+ glycohydrolases de type Tuberculosis Necrotizing Toxin (TNT). La modélisation structurale, les analyses biochimiques et les expériences cellulaires ont démontré que Tne4Sf hydrolyse le NAD+ et le NADP+, entraînant une diminution des réserves intracellulaires de NAD(P)+ et une inhibition de la croissance des cellules bactériennes et eucaryotes. J'ai ensuite montré que le domaine DUF3990 associé à la protéine Rhs de Xenorhabdus stockiae est une ADP-ribosyltransférase qui utilise le NAD+ pour ADP-ribosyler des substrats ARN, inhibant ainsi la synthèse protéique. Enfin, j'ai caractérisé structuralement et biochimiquement une nouvelle toxine bactérienne de type ADP-ribosyl cyclase (ARC) de Pantoea ananatis, structurellement apparentée à l'ARC humaine CD38. Nos analyses génomiques comparatives ont également montré que les domaines DUF3990 et ARC de type CD38 sont largement distribués chez les bactéries et peuvent être associés à plusieurs systèmes de sécrétion, notamment SST6, SST7 et systèmes d'inhibition dépendant du contact (CDI), établissant ainsi les domaines ARC et DUF3990 comme des toxines antibactériennes pouvant être déployées par différents systèmes.
Nous avons également étudié le mécanisme de chargement des effecteurs Rhs sur la pointe de l'aiguille du SST6. En utilisant comme modèles les protéines Rhs d'Escherichia coli K-12 et EDL933, nous avons identifié des régions N-terminales d'adressage jusqu'alors non caractérisées, qui se trimérisent afin de reconstituer un domaine PAAR fonctionnel, permettant ainsi le chargement de trois protéines Rhs sur la protéine VgrG. Le complexe comprend également la peptidyl-prolyl isomérase PpiB, qui interagit avec une région riche en prolines reliant les domaines plug et cocon de Rhs. Ces résultats révèlent un mécanisme alternatif de chargement des effecteurs polymorphiquees Rhs la pointe de l'aiguille.
Enfin, nous avons étudié les mécanismes permettant de maintenir et de diversifier les répertoires de toxines et d'immunités au sein des populations bactériennes. Les analyses génomiques comparatives d'espèces de Photorhabdus et Xenorhabdus ont révélé de vastes réseaux regroupés de gènes d'immunité neutralisant les toxines Rhs de bactéries étroitement apparentées. Ces gènes codant les protéines d'immunité ont donc été maintenus et sont exprimés de manière constitutive, alors que les gènes codant leurs toxines ancestrales ont été perdus. Nous avons également identifié des éléments génétiques conservés associés à la fois aux toxines polymorphiques Rhs et CDI, que nous avons nommés ‘Xer passenger cassettes', (XPCs), et qui pourraient jouer un rôle dans la diversification et la dissémination horizontale de modules génétiques associés aux toxines.