Soutenance de thèse de VANDERSTRAETEN Clément
Titre de thèse
Décryptage de la maturation universelle et essentielle des pilines de type 4 par les prépiline peptidases
Unravelling the universal and essential processing of type 4 pilins by prepilin peptidases
Résumé de la thèse
Les filaments de type 4 (FT4) sont des nanomachines multifonctionnelles très répandues chez les bactéries et les archées, qui réalisent une grande variété de fonctions, allant de la motilité à la sécrétion d'effecteurs. Ces filaments sont composés de sous-unités protéiques, appelées pilines de type 4, qui doivent subir un processus de maturation essentiel avant d'être assemblée et de former ce filament. La maturation de la piline est catalysée par une enzyme appelée prépiline peptidase, mais la façon dont cette dernière reconnaît et interagit avec son substrat, souvent avec une très grande spécificité, reste mal comprise. En effet, l'étude de cette protéine a été entravée par l'absence d'une structure 3D fiable, principalement due au fait que la prépiline peptidase est une petite protéine très hydrophobe. L'objectif de mon projet de thèse, comprendre comment les prépilines peptidases reconnaissent et interagissent avec les pilines, repose sur l'utilisation d'un outil de prédiction des structures protéiques alimenté par l'IA : AlphaFold, afin de palier a l'absence de structure. Ainsi, j'ai généré des modèles structuraux de complexes prépiline peptidase-piline pour deux FT4 distincts chez Streptococcus sanguinis qui m'ont permis d'effectuer une analyse structure-fonction systématique de la surface d'interaction entre l'enzyme et son substrat. De plus, cette étude a révélé le rôle déterminant de résidus précédemment non décrits, présents à la fois sur la piline et la prépiline peptidase, pour la spécificité de chacune des prépilines peptidases de S. sanguinis pour leurs propres substrats. Ces résultats révèlent pour la première fois la façon dont la piline peut être spécifiquement reconnue et maturée par son enzyme correspondante.
Thesis resume
Type 4 filaments (T4F) are widespread multi-functional nanomachines in both bacteria and archaea and which mediate a wide variety of functions, ranging from motility to effector secretion. These filaments are composed of protein subunits, called type 4 pilins, which must undergo an essential maturation process before being assembled and forming the previously mentioned filament. Pilin maturation is catalyzed by an enzyme called prepilin peptidase, but how the latter recognizes and interacts with its substrate, often with very high specificity, remains poorly understood. Indeed, the study of this protein has been hampered by the lack of reliable 3D structure, mainly due to the fact that prepilin peptidases are small and highly hydrophobic proteins. The aim of my thesis project, to understand how prepilin peptidases recognize and interact with pilins, relies on the use of an AI-powered protein structure prediction tool: AlphaFold, to overcome the lack of protein structure. Thus, I generated structural models of the prepilin peptidase-pilin complex for two distinct T4F in Streptococcus sanguinis, enabling me to perform a systematic structure-function analysis of the interaction surface between the enzyme and its substrate. Furthermore, this study revealed the decisive role of previously undescribed residues, present on both the pilin and the prepilin peptidase, for the specificity of each of the S. sanguinis prepilin peptidases for their own substrates. These results reveal for the first time how the pilin can be specifically recognized and matured by its corresponding enzyme.