Ecole Doctorale

Sciences de la Vie et de la Santé

Spécialité

Biologie-Santé - Spécialité Microbiologie

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

Mycobactéries,Enzymes lipolytiques,Dormance,,

Keywords

Mycobacteria,Lipolytic enzymes,Dormancy,,

Titre de thèse

Implication des enzymes lipolytiques dans la virulence et la survie mycobactérienne
Involvment of lipolytic enzymes in mycobacterial virulence and survival

Date

Mardi 18 Décembre 2018 à 14:00

Adresse

Campus CNRS, 31 Chemin Joseph Aiguier, 13009 Marseille Salle de Conférence Georges Morin

Jury

Directeur de these M. Stéphane CANAAN Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Macromoléculaires (LISM) CNRS UMR7255
Examinateur M. Laurent KREMER Institut de Recherche en Infectiologie de Montpellier UMR 9004 - CNRS / UM
Examinateur M. Gérald LARROUY-MAUMUS Imperial College London
Examinateur Mme Sophie BLEVES Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Macromoléculaires (LISM) CNRS UMR7255
Rapporteur Mme Priscille BRODIN Centre d'Infection et d'Immunité de Lille, Institut Pasteur de Lille
Rapporteur M. Olivier NEYROLLES Institut de Pharmacologie et de Biologie Structurale

Résumé de la thèse

L’agent pathogène responsable de la tuberculose, Mycobacterium tuberculosis, utilise principalement les lipides comme source d’énergie lors du processus infectieux. Cela suggère que les enzymes lipolytiques (ELs) sont des acteurs métaboliques d’une importance cruciale, qui jouent un rôle essentiel pour la survie et la persistance du bacille au sein des granulomes tuberculeux. Cependant, peu d’informations sont disponibles concernant la fonction biologique et l’implication des ELs dans le métabolisme des lipides de M. tuberculosis in vivo. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés au rôle physiologique de la protéine LipY (Rv3097c), une TAG-hydrolase de la famille des protéines PE-PPE apparentée à la lipase Hormono-sensible humaine. En utilisant un modèle expérimental de « foamy » macrophages, nous avons démontré que cette protéine sécrétée par le système de sécrétion ESX-5 était responsable de l’hydrolyse des triacylglycerols (TAG) de l’hôte dans la lumière phagosomale. Parallèlement, par une approche multidisciplinaire nous avons confirmé que le domaine N-terminal PE régulait de manière négative l’activité catalytique de LipY. Enfin des études physico chimiques d’interaction sur des membrane des phospholipides ont permis de mieux comprendre le mode d’action intra et extracellulaire de cette enzyme. Dans une seconde étude, nous avons développé un modèle expérimental robuste et réversible basé sur la biodisponibilité en azote et en carbone, deux facteurs essentiels qui gouvernent la formation et l’hydrolyse de TAG sous la forme d’inclusions lipidiques intracytoplasmiques (ILI) chez les mycobactéries. La simplicité d’utilisation de ce modèle s’avère être un excellent système biologique permettant d’étudier les propriétés phénotypiques des bacilles riches en ILI. Un autre aspect de ce travail a consisté à caractériser biochimiquement et fonctionnellement la protéine LipG (Rv0646c) de M. tuberculosis. Nos résultats ont permis de proposer que LipG est une phospholipase/thioestérase qui interagit avec le feuillet interne de la membrane cytoplasmique afin de moduler la composition phospholipidique de l’enveloppe mycobactérienne. D’autre part à travers plusieurs projets collaboratifs, nous avons caractérisé différentes familles de composés capables d’inhiber la croissance d’espèces mycobactériennes en inactivant de nombreuses hydrolases à cystéine ou sérine active impliquées dans la biosynthèse de l’enveloppe mycobactérienne. L’ensemble des résultats obtenus au cours de ces travaux de thèse confirme que certaines ELs sont directement impliquées dans la virulence et/ou la survie des mycobactéries pathogènes. De plus, une très partie de ce travail ouvre de nouvelles perspectives sur la caractérisation et l’inhibition d’acteurs protéiques essentiels au métabolisme des lipides in vivo, offrant ainsi de nouvelles opportunités pour lutter contre M. tuberculosis.

Thesis resume

Mycobacterium tuberculosis, the pathogenic agent responsible for tuberculosis (TB), mainly uses lipids as a source of energy during the infectious process. This suggests that lipolytic enzymes (LEs) are crucial metabolic agents that play a critical role in the survival and persistence of the bacillus within TB granulomas. However, only few information are available regarding the biological function and involvement of LEs in lipid metabolism of M. tuberculosis in vivo. In this context, we investigated the physiological role of the LipY protein (Rv3097c), a TAG-hydrolase belonging to the PE-PPE family and related to the human Hormono-sensitive lipase. Using an experimental model of "foamy" macrophages, we demonstrated that this protein which is secreted by the ESX-5 secretion system, was responsible for the hydrolysis of host-derived triacylglycerols (TAGs) within the phagosomal compartment. Simultaneously, by using a multidisciplinary approach, we have confirmed that the N-terminal PE domain negatively regulates the catalytic activity of LipY. Finally, biophysical studies concerning protein-lipids interactions have led to a better understanding of the intracellular and extracellular mode of action of this enzyme. In a second study, we developed a robust and reversible experimental model based on the bioavailability of nitrogen and carbon, two essential factors that govern the formation and hydrolysis of TAGs in the form of intracytoplasmic lipid inclusions (ILI) in mycobacteria. The simplicity of this model proves to be an excellent biological system for studying the phenotypic properties of ILI-rich bacilli. Another aspect of this work has been to characterize biochemically and functionally the M. tuberculosis LipG protein (Rv0646c). Our results have proposed that LipG is a phospholipase/thioesterase that interacts with the inner leaflet of the cytoplasmic membrane to modulate the phospholipid composition of the mycobacterial envelope. Finally, through several collaborative projects, we have characterized different families of compounds able to inhibit the growth of mycobacterial species by inactivating many cysteine or serine hydrolases involved in the biosynthesis/maintenance of the mycobacterial envelope. All the results obtained during this thesis confirm that some LEs are directly involved in the virulence and/or survival processes of pathogenic mycobacteria. In addition, we truly believe that this work opens up new perspectives on the characterization and inhibition of protein, that are essential actors for lipid metabolism in vivo, thus offering new opportunities to better control M. tuberculosis.