Soutenance de thèse de Sylvia CHAREYRE

Les centres Fer-Soufre (Fe-S) sont des cofacteurs ubiquitaires apparus aux origines de la vie. Deux systèmes, Isc et Suf, conservés des procaryotes aux eucaryotes permettent l’assemblage et le transfert des centres Fe-S vers les apo-protéines cibles. La bactérie Escherichia coli possède ces deux systèmes. Dans ce modèle bactérien, Isc est considéré comme système de ménage et Suf est utilisé dans des conditions de stress. Un réseau de régulation complexe permet la spécialisation de ces systèmes en fonction des conditions environnementales. En particulier, le facteur transcriptionnel IscR et l’ARN non-codant RyhB sont impliqués dans la régulation de la biogenèse en réponse à la carence en fer. Au cours de ma thèse, j’ai d’abord étudié le rôle de RyhB dans la résistance à la gentamicine, un antibiotique ciblant le ribosome. Nous avons mis en évidence que ce phénotype de résistance induit par RyhB est dû à l’inhibition de l’activité des complexes respiratoires Nuo et Sdh. Ces complexes qui contiennent de nombreux centres Fe-S sont essentiels pour l’entrée de la gentamicine dans le cytoplasme. RyhB s’apparie directement aux ARNm nuo et sdh conduisant à l’inhibition de leur traduction. RyhB inhibe également indirectement la maturation des complexes en réprimant la synthèse de la machinerie Isc. Notre étude a notamment permis d’identifier nuo comme une nouvelle cible directe de RyhB et montré que le niveau d’activité du complexe respiratoire détermine la sensibilité d’E.coli à la gentamicine. J’ai également participé à un travail révélant le rôle de RyhB dans la régulation d’ErpA, un transporteur essentiel des centres Fe-S chez E.coli. Nous avons pu mettre en évidence que l’expression d’erpA est réprimée transcriptionnellement par IscR en condition riche en fer et post-transcriptionnellement par RyhB lorsque le fer est limitant. Nous avons mis en évidence que ce circuit de régulation a priori « incohérent » permet une expression bimodale du transporteur, ce qui permet de coordonner l’utilisation des différents transporteurs de centres Fe-S d’E.coli en fonction des conditions de croissance.

Iron-sulfur (Fe-S) clusters are ancient and ubiquitous cofactors involved in plethora of biological processes such as metabolism, respiration, DNA repair or antibiotic resistance. Two major Fe-S biogenesis systems, Isc and Suf, present in both prokaryotes and eukaryotes, allow the synthesis of these important cofactors from organic sulfur and environmental iron. The bacterium Escherichia coli possesses both systems, making it an important model for Fe-S biogenesis. In this bacterium, Isc is considered as the housekeeping system while Suf is responsible for synthesis of Fe-S clusters in adverse conditions. Intricate regulatory pathways control the use of these machineries in function of the environmental conditions. In particular, iron starvation is detrimental to Fe-S cluster biogenesis which is why it is highly regulated by the IscR transcriptional regulator and the non-coding RNA RyhB. During my PhD, I have studied the role of RyhB in the resistance to gentamicin, a bactericidal antibiotic that targets the ribosome. We have found that RyhB induces resistance to gentamicin by inhibiting the activity of the respiratory complexes Nuo and Sdh. These complexes, which contain numerous Fe-S clusters, are crucial for gentamicin uptake. RyhB directly inhibits the translation of nuo and sdh by basepairing to their mRNAs. Indirectly, RyhB also inhibits the maturation of the complexes by repressing synthesis of the Isc Fe-S biogenesis machinery. Noteworthy, this study shows that respiratory complexes activity levels are predictive of the bacterial sensitivity to gentamicin. In another part of my PhD, I also participated in a study that unveiled the role of RyhB and the transcriptional factor IscR in the regulation of ErpA, an essential transporter of Fe¬-S clusters in E. coli. IscR and RyhB form an incoherent circuit that regulates erpA transcriptionally and post-transcriptionally in medium with antagonist iron content. These regulations allow the fine-tuning of erpA expression in function of iron availability and coordination of Fe-S cluster transporter usage in E.coli.