Soutenance de thèse de REIG Sébastien
Titre de thèse
L'effecteur de sécrétion de type 6 TpeX étend l'arsenal de virulence "pore-forming" de Pseudomonas aeruginosa
The Type 6 secretion effector TpeX expands the pore-forming virulence arsenal of Pseudomonas aeruginosa
Résumé de la thèse
Le système de sécrétion de type VI (SST6) des bactéries didermes fonctionne comme une nano-arbalète, ancrée dans la membrane interne, qui cible d'autres bactéries ou l'hôte eucaryote en injectant une flèche chargée de toxines appelées aussi effecteurs. Dans le cadre de la compétition bactérienne, les effecteurs de type VI peuvent cibler différents constituants cellulaires, dont la membrane interne des bactéries proies, notamment par des mécanismes dits « pore forming ». Ce projet de thèse s'est concentré sur la protéine TpeX (pour T6SS dependent pore-forming effector X) de Pseudomonas aeruginosa, un effecteur de la famille de VasX de Vibiro cholerae précédemment caractérisé comme une toxine formant des pores. Ces deux protéines présentent des homologies de topologie, de structure et notamment la conservation d'un domaine colicine-like.
Le premier objectif de ce travail a consisté à caractériser l'activité antibactérienne de TpeX chez l'hôte hétérologue Escherichia coli et à étudier sa localisation membranaire. Le gène tpeX est localisé dans un locus orphelin, c'est-à-dire à distance des gènes codant la machinerie de sécrétion, le locus H2-T6SS. Ce locus comporte 4 autres gènes, dont un candidat (PA5264), juste en aval, pour coder la protéine d'immunité de TpeX, qui permettrait à P. aeruginosa de s'affranchir de l'attaque des cellules sœur. Dans le deuxième objectif nous avons confirmé la fonction de protéine d'immunité pour PA5264, rebaptisée TpiX (pour T6SS dependent pore-forming immunity X). Enfin le troisième objectif était de caractériser le mode de fonctionnement de TpeX dans la bactérie proie. Nous avons montré son impact sur le potentiel membranaire et sur l'intégrité de la membrane qui se traduit par la lyse cellulaire. Ces effets reposent vraisemblablement sur la capacité d'oligomériseration de TpeX, observée en conditions semi-natives.
Ensemble, ces résultats identifient TpeX comme un effecteur bactéricide puissant formant des pores, dont l'activité est contrebalancée par sa protéine d'immunité correspondante TpiX, élargissant ainsi le répertoire des toxines du SST6 ciblant la membrane. Ces travaux s'inscrivent dans les perspectives de comprendre comment TpeX est utilisée par P. aeruginosa pour prendre le dessus sur d'autres bactéries en contexte de compétition, et de tester une éventuelle fonction anti-eucaryote comme celle décrite pour VasX. A plus long terme, ces travaux ouvrent la voie à la détermination de l'impact du ciblage du SST6 et d'effecteurs tels que TpeX comme stratégie anti-virulence dans les infections à P. aeruginosa.
Thesis resume
The type VI secretion system (T6SS) of diderm bacteria operates like a nano crossbow anchored in the inner membrane, targeting other bacteria or the eukaryotic host by injecting an arrow loaded with toxins, also referred to as effectors. In the context of bacterial competition, type VI effectors can target various cellular components, including the inner membrane of prey bacteria, notably through so called pore forming mechanisms. This PhD project focused on the TpeX protein (T6SS dependent pore forming effector X) from Pseudomonas aeruginosa, an effector belonging to the VasX family from Vibrio cholerae, previously characterized as a pore forming toxin. These two proteins share homologies in topology, structure, and particularly the conservation of a colicin like domain.
The first objective of this work was to characterize the antibacterial activity of TpeX in the heterologous host Escherichia coli and to investigate its membrane localization. The tpeX gene is located in an orphan locus, i.e., distant from the genes encoding the secretion machinery, the H2 T6SS locus. This locus contains four additional genes, including a candidate gene (PA5264), located immediately downstream, predicted to encode the immunity protein for TpeX, which would protect P. aeruginosa from attacks by sister cells. As a second objective, we confirmed the immunity function of PA5264, renamed TpiX (T6SS dependent pore forming immunity X). Finally, the third objective was to characterize the mechanism of action of TpeX within the prey bacterium. We demonstrated its impact on membrane potential and membrane integrity that results in cell lysis. These effects likely rely on the oligomerization capacity of TpeX, observed under semi native conditions.
Taken together, these results identify TpeX as a potent pore forming bactericidal effector whose activity is counterbalanced by its cognate immunity protein TpiX, thereby expanding the repertoire of T6SS membrane targeting toxins. These findings set the stage for understanding how P. aeruginosa uses TpeX to outcompete other bacteria and for testing a potential anti eukaryotic function like that described for VasX. In the longer term, paves the way for assessing the impact of targeting T6SS and effectors such as TpeX as an anti virulence strategy in P. aeruginosa infections.