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
Lagent pathogène responsable de la tuberculose, Mycobacterium tuberculosis, utilise principalement les lipides comme source dénergie lors du processus infectieux. Cela suggère que les enzymes lipolytiques (ELs) sont des acteurs métaboliques dune importance cruciale, qui jouent un rôle essentiel pour la survie et la persistance du bacille au sein des granulomes tuberculeux. Cependant, peu dinformations sont disponibles concernant la fonction biologique et limplication 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 lhydrolyse des triacylglycerols (TAG) de lhôte dans la lumière phagosomale. Parallèlement, par une approche multidisciplinaire nous avons confirmé que le domaine N-terminal PE régulait de manière négative lactivité catalytique de LipY. Enfin des études physico chimiques dinteraction sur des membrane des phospholipides ont permis de mieux comprendre le mode daction 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 lhydrolyse de TAG sous la forme dinclusions lipidiques intracytoplasmiques (ILI) chez les mycobactéries. La simplicité dutilisation de ce modèle savère être un excellent système biologique permettant détudier 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 lenveloppe mycobactérienne.
Dautre part à travers plusieurs projets collaboratifs, nous avons caractérisé différentes familles de composés capables dinhiber la croissance despèces mycobactériennes en inactivant de nombreuses hydrolases à cystéine ou sérine active impliquées dans la biosynthèse de lenveloppe mycobactérienne.
Lensemble 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 linhibition dacteurs 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.