Soutenance de thèse de HERROU Camille
Titre de thèse
Décryptage du mécanisme d'activation des machineries de filaments de type IV chez les bactéries
Deciphering the mechanism of activation of Type IV Filament machineries in bacteria
Résumé de la thèse
Les bactéries ont développé de nombreuses nanomachines multiprotéiques spécialisées leur permettant d'interagir avec leur environnement. Parmi elles, les filaments de type IV constituent une vaste famille de systèmes capables d'assurer un large éventail de fonctions cellulaires, incluant la sécrétion, la capture d'ADN extracellulaire, l'adhésion aux cellules hôtes, la formation de biofilms ainsi que différentes formes de motilité. Les filaments de type IV apparaissent ainsi comme de véritables « couteaux suisses » du monde procaryote.
Bien que ces nanomachines soient largement répandues chez les procaryotes et souvent essentielles à leur adaptation, les mécanismes moléculaires contrôlant leur activation demeurent mal compris. L'objectif de ma thèse était donc de décrypter les mécanismes d'activation des filaments de type IV. Pour cela, nous avons développé une approche multidisciplinaire combinant génétique, biologie cellulaire et analyses structurales par résonance magnétique nucléaire (RMN).
Nos travaux ont permis d'identifier un verrou moléculaire conservé impliquant deux composants centraux de ces machineries : PilB, l'ATPase d'extension, et PilM, une protéine architecturale cytoplasmique. Nous montrons que l'interaction entre le domaine N1D de PilB et PilM est indispensable à l'activité de trois filaments de type IV distincts étudiés chez trois organismes modèles : les pili de type IVa (T4aP) chez Myxococcus xanthus, les pili MSH chez Vibrio cholerae et le système de sécrétion de type II (SST2) chez Pseudomonas aeruginosa. Nous démontrons également que cette interaction constitue une cible privilégiée de régulation, pouvant être modulée par différents signaux : la protéine SgmX chez M. xanthus et le second messager di-GMP-c chez V. cholerae.
Dans l'ensemble, ces résultats révèlent l'existence d'un mécanisme d'activation conservé au sein de plusieurs sous-familles de filaments de type IV et mettent en évidence le domaine N1D de PilB comme un module central de régulation de ces nanomachines bactériennes.
Thesis resume
Bacteria have evolved numerous specialized multiprotein nanomachines that enable them to interact with their environment. Among them, type IV filaments constitute a large family of systems capable of mediating a wide range of cellular functions, including protein secretion, DNA uptake, host-cell adhesion, biofilm formation, and various forms of motility. As such, type IV filaments can be considered as true “Swiss army knives” of the prokaryotic world.
Although these nanomachines are widespread among prokaryotes and often play critical roles in bacterial adaptation, the molecular mechanisms controlling their activation remain poorly understood. The aim of my thesis was therefore to decipher the activation mechanisms of type IV filament systems. To address this question, we developed a multidisciplinary approach combining genetics, cell biology, and structural analyses by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy.
Our work identified a conserved molecular gate involving two core components of these machineries: PilB, the extension ATPase, and PilM, a cytoplasmic architectural protein. We demonstrate that the interaction between the N1D domain of PilB and PilM is essential for the activity of three distinct systems studied in three model organisms: type IVa pili (T4aP) in Myxococcus xanthus, mannose-sensitive hemagglutinin (MSH) pili in Vibrio cholerae, and the type II secretion system (T2SS) in Pseudomonas aeruginosa. We further show that this interaction constitutes a key regulatory target and can be modulated by different activating molecules, including the regulatory protein SgmX in M. xanthus and the second messenger c-di-GMP in V. cholerae.
Taken together, these findings reveal the existence of a conserved activation mechanism shared by several type IV filament subfamilies and identify the PilB N1D domain as a central regulatory module controlling the activity of these bacterial nanomachines.