Soutenance de thèse de Romaric MAGERAND

Les bactéries du genre Deinococcus sont extrêmement résistantes aux radiations et à d’autres conditions générant stress oxydatif et dommages à l'ADN. Chez ces bactéries, la réponse aux radiations est contrôlée par un nouveau mécanisme SOS indépendant impliquant deux protéines : DdrO, un répresseur transcriptionnel de la famille XRE et IrrE, une métalloprotéase COG2856. Après stress, IrrE clive et inactive DdrO ce qui induit l’expression de gènes de réparation de l’ADN. Le signal précis activant la fonction peptidase de IrrE après radiation n’était pas connu. La partie principale de ma thèse a consisté à caractériser, via différentes approches, le signal d’activation de IrrE après stress chez Deinococcus deserti. Nous avons montré que les espèces réactives de l’oxygène (ROS) stimulent l'activité de la métalloprotéase IrrE de manière zinc dépendante. Une exposition brève des cellules à un excès de zinc induit le clivage de DdrO sans production de ROS ni de dommages à l'ADN. Nous avons également montré une augmentation du zinc libre intracellulaire après stress oxydatif. Ces résultats permettent de proposer que l’activité de IrrE est stimulée directement par l’augmentation de la disponibilité du zinc intracellulaire, libéré par l’oxydation des Zn-cystéines. D’autres résultats ont permis de décrire le mécanisme d’interaction entre IrrE et DdrO. De plus, nous avons caractérisé des couples COG2856/XRE homologues à IrrE et DdrO issus d’autres bactéries et montré l’existence de deux mécanismes : la protéine COG2856 peut inhiber la fonction du répresseur XRE soit par clivage protéolytique soit par perturbation de son oligomérisation sans clivage. Les résultats de ma thèse ont permis de caractériser le mécanisme de réponse aux radiations médié par IrrE et DdrO, de montrer pour la première fois chez les procaryotes un rôle de messager secondaire après stress pour le zinc et de révéler une diversité des mécanismes de régulation impliquant les protéines COG2856/XRE.

Deinococcus bacteria are extremely resistant to radiation and other conditions generating oxidative stress and DNA damage. In these bacteria, a new SOS-independent mechanism is required for inducing several DNA repair genes and is controlled by two proteins: the XRE family transcriptional repressor DdrO and the COG2856 metalloprotease IrrE. After radiation, IrrE cleaves and inactivates DdrO. The precise signal activating the peptidase function of IrrE after stress was not known. The main part of my thesis consists in characterizing the IrrE activation signal in Deinococcus deserti using various approaches. We have shown that reactive oxygen species (ROS) stimulate IrrE metalloprotease activity in a zinc-dependent manner. Sudden exposure of cells to excess zinc also rapidly induces DdrO cleavage, but without ROS production or DNA damage. An increase in intracellular free zinc after oxidative stress was also observed. We propose that IrrE activity is stimulated by the increased availability of intracellular zinc released by the oxidation of Zn-cysteines. Other results gave insight in the interaction between IrrE and DdrO. We have also characterized pairs of COG2856/XRE proteins homologous to IrrE and DdrO from other bacteria. We have confirmed the interaction of partners for two of these couples and we have shown the existence of two regulatory mechanisms: the COG2856 protein can inhibit the function of the XRE repressor either by proteolytic cleavage or by disrupting its oligomerization without proteolytic cleavage. The results of my thesis allowed to characterize the response mechanism to radiation and oxidative stress mediated by IrrE and DdrO, to show for the first time in prokaryotes a role for zinc as second messenger after stress and to reveal a diversity of the regulatory mechanisms involving the COG2856/XRE protein pairs.