Ecole Doctorale

Sciences de la Vie et de la Santé

Spécialité

Biologie-Santé - Spécialité Microbiologie

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

régulation transcriptionnelle,protéolyse,adaptation au stress,conversion lysogénique,bactériophage,E. coli

Keywords

transcriptional regulation,proteolysis,stress response,lysogenic conversion,bacteriophage,E. coli

Titre de thèse

Étude du dialogue entre prophages et bactéries : Rôle d’AppY, un régulateur bi-fonctionnel d’origine phagique dans la physiologie de l’hôte
Investigating the dialogue between prophages and bacteria: Role of AppY, a bi-functional regulator of phage origin in host physiology

Date

Mercredi 6 Juillet 2022

Adresse

Institut de microbiologie de la Méditerranée 31 chemin Joseph Aiguier, 13009 Marseille Amphithéâtre Pierre Desnuelle

Jury

Directeur de these Mme Mireille ANSALDI Laboratoire de Chimie Bacterienne - UMR7283
Rapporteur Mme Marie-Pierre CASTANIé-CORNET Laboratoire de Microbiologie et Génétique Moléculaires (LMGM) UMR5100 - Centre de Biologie Intégrative
Rapporteur M. Paulo TAVARES L'institut de Biologie Intégrative de la cellule (I2BC – UMR 9198)
Examinateur Mme Amel LATIFI Laboratoire de Chimie Bacterienne - UMR7283
Examinateur M. Alexandre BOUGDOUR Inserm IAB – Centre de Recherche Inserm U1209 - CNRS UMR5309
CoDirecteur de these Mme Aurélia BATTESTI Laboratoire de Chimie Bacterienne - UMR7283

Résumé de la thèse

L’intégration des génomes de phages au sein des génomes bactériens sous forme de prophages constitue un réservoir de gènes promouvant la diversité génétique des bactéries. Certains gènes de prophages peuvent être exprimés et conférer un avantage sélectif à leur hôte. Escherichia coli K-12 possède 9 prophages défectifs dont DLP12, qui code notamment pour AppY, un régulateur transcriptionnel de la famille AraC/XylS. J’ai dans un premier temps entrepris des études transcriptomiques afin de définir le régulon d’AppY et comprendre l’implication de ce régulateur d’origine prophagique dans la physiologie bactérienne. Les données que j’ai obtenues ont montré qu’AppY module l’expression de 200 gènes impliqués dans des processus divers ; parmi eux, 13 sont sous son contrôle direct. L’étude détaillée de ces différentes cibles m’a permis de montrer qu’AppY augmente la résistance au stress acide ainsi que la formation de biofilm et diminue la motilité bactérienne. Ce régulateur transcriptionnel d’origine prophagique confère donc un avantage adaptatif aux bactéries le possédant. En parallèle, j’ai découvert un nouveau rôle d’AppY, indépendant de sa fonction de régulateur transcriptionnel, dans la régulation du facteur sigma RpoS. Dans des conditions de croissance favorables, RpoS interagit avec la protéine adaptatrice RssB qui le conduit à la dégradation par la protéase ClpXP. Il a été montré précédemment qu’AppY peut bloquer cette voie de dégradation sans que le mécanisme moléculaire n’ait été établi. Au cours de ma thèse, j’ai montré qu’AppY interagit directement avec RssB entrainant ainsi une stabilisation de RpoS et faisant d’AppY la première protéine d’origine phagique stabilisant ce facteur sigma. L’ensemble de mon travail de thèse souligne le rôle central d’AppY, un régulateur d’origine phagique, dans le réseau de régulation bactérien et montre l’importance de prendre en compte le dialogue génétique établi entre les prophages et les bactéries pour comprendre pleinement la physiologie bactérienne.

Thesis resume

The integration of phages into the bacterial genome in the form of prophages constitutes a gene pool promoting genetic diversity of bacteria. Some prophage genes can be expressed and confer a selective advantage to their host. Escherichia coli K-12 carries 9 defective prophages including DLP12, which encodes AppY a transcriptional regulator of the AraC/XylS family. I first undertook transcriptomic studies to define the AppY regulon and to understand the involvement of this prophage-encoded transcriptional regulator in bacterial physiology. The data I obtained showed that AppY modulates the expression of about 200 genes involved in various processes; among them, 13 are under direct direct AppY control. The in-depth study of these different targets allowed me to show that AppY increases resistance to acid stress as well as biofilm formation and decreases bacterial motility. Therefore, this transcriptional regulator of prophage origin confers an adaptive advantage to bacteria possessing it. In parallel, I discovered a new role for AppY, independent of its transcriptional regulator function, in the regulation of the RpoS sigma factor. Under favorable growth conditions, RpoS interacts with the adaptor protein RssB, which leads to its degradation by the ClpXP protease. It has been shown previously that AppY can block this degradation pathway, although the molecular mechanism has not been established. During my thesis, I have shown that AppY interacts directly with RssB leading to stabilization of RpoS. AppY is the first protein of phage origin shown to interfere with this proteolytic pathway. Overall, my thesis work highlights the central role of AppY, a prophage-encoded regulator, in the bacterial regulatory network and shows the importance of taking into account the genetic dialogue established between prophages and bacteria to fully understand bacterial physiology.