Soutenance de thèse de Clémentine LAFFONT

Certains métaux biologiques comme le fer, le nickel, le cuivre, le cobalt ou le manganèse sont essentiels pour la survie de toutes les espèces connues car ils sont le fondement de nombreux processus. Leur acquisition depuis l’environnement est donc primordiale, mais leur concentration intracellulaire doit être régulée avec précision et ajustée en fonction des conditions environnementales rencontrées. Au cours de l’évolution, diverses stratégies ont été développées par les organismes vivants afin de maintenir l’homéostasie de ces nutriments. Parmi elles, la nicotianamine (NA) est un métallophore produit par toutes les plantes supérieures chez qui elle participe à l’homéostasie et au transport longue distance de certains métaux (fer, zinc, nickel et cuivre). Elle a aussi été identifiée chez des champignons, et un analogue appelé thermoNicotianamine a été trouvé in vitro chez une archée. Plus récemment, des analogues bactériens ont été identifiés chez Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa et Yersinia pestis qui synthétisent respectivement la staphylopine, la pseudopaline et la yersinopine via un système appelé cnt. Lors de cette thèse, la régulation, la diversité et l’évolution des métallophores bactériens de type NA ont été explorées. En particulier, le fonctionnement du système cnt a été examiné chez plusieurs modèles bactériens (pathogènes et environnementaux) en utilisant une approche multidisciplinaire combinant microbiologie, biochimie, bioinformatique et chimie analytique. Des règles permettant de prédire in silico la nature des métallophores produits ont été établies et ont permis de découvrir un nouvel homologue appelé bacillopaline. L’étude de la régulation de la synthèse de staphylopine chez S. aureus a révélé un contrôle post-traductionnel original par les métaux. L’analyse détaillée des voies de transport de la pseudopaline chez P. aeruginosa a dévoilé l’utilisation d’une pompe à efflux encore jamais associée au système cnt, ainsi qu’une voie d’import impliquant une modification périplasmique du métallophore. Une étude comparée de l’opéron cnt et de son rôle dans l’homéostasie des métaux a été entreprise chez deux espèces du genre Yersinia chez qui la biosynthèse de la yersinopine a été démontrée. Enfin, l’implication d’une méthyltransférase modifiant la staphylopine chez A. mirum a été décrite à travers une étude structure-fonction. Plus globalement, la diversité des métallophores de type NA a été investiguée tout comme la diversité des organismes possédant un système cnt. Finalement, l’histoire évolutive des systèmes de type NA a été discutée.

Some biological metals such as iron, zinc, nickel, copper, cobalt, or manganese are essential for the survival of all known species because they are the cornerstone of many processes. Their uptake from the environment is therefore essential, but their intracellular concentration must be finely tuned and adjusted according to the environmental conditions faced. During evolution, various strategies have been developed by living organisms to maintain the homeostasis of these nutrients. Among them, nicotianamine (NA) is a metallophore produced by all higher plants, which participates in the homeostasis and long-distance transport of some metals (iron, zinc, nickel, and copper). NA has also been identified in fungi, and an analogue called thermoNicotianamine has been found in vitro in an archaeon. More recently, bacterial analogues have been identified in Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa and Yersinia pestis which synthesize staphylopine, pseudopaline and yersinopine respectively, through a system called cnt. Throughout this thesis, the regulation, diversity, and evolution of NA-type bacterial metallophores have been explored. In particular, the functioning of the cnt system was studied in several bacterial models (pathogenic and environmental) using a multidisciplinary approach combining microbiology, biochemistry, bioinformatics, and analytical chemistry. Rules allowing in silico prediction of the nature of the metallophores produced have been established and allowed the discovery of a new homologue called bacillopaline. The study of the regulation of staphylopine synthesis in S. aureus has revealed an original post-translational control by metals. Detailed analysis of the transport pathways of pseudopaline in P. aeruginosa has unraveled the use of an efflux pump, insofar never associated with the cnt system, as well as an import pathway involving a periplasmic modification of the metallophore. A comparative study of the cnt operon and its role in metal homeostasis has been undertaken in two species of the genus Yersinia in which the biosynthesis of yersinopine has been demonstrated. Moreover, the involvement of a methyltransferase modifying staphylopine in A. mirum has been described through a structure-function study. Globally, the diversity of NA-like metallophores has been investigated as well as the diversity of organisms encoding a cnt system. Finally, the evolutionary history of NA systems is discussed.