Soutenance de thèse de CORTEGGIANI Marie
Titre de thèse
Le chaperon Hsp90 bactérien au cœur du réseau de protéostasie
The bacterial Hsp90 chaperone in the proteostasis network
Résumé de la thèse
Les protéines permettent d'assurer les fonctions physiologiques essentielles dans la cellule.
Pour être actives, la plupart des protéines doivent atteindre une forme dite « native », repliée.
In vivo, de nombreux paramètres peuvent affecter le repliement des protéines. Dans la cellule,
un réseau de chaperons assiste leur repliement et leur protection et participe ainsi au maintien
de l'homéostasie des protéines ou « protéostasie ». Hsp90 est un chaperon majeur présent à la
fois chez les bactéries et chez les eucaryotes. Chez l'eucaryote, Hsp90 a été très étudié de par
son implication dans de nombreuses pathologies humaines. Chez les bactéries, le rôle du
chaperon Hsp90 in vivo est peu connu. L'objectif de ma thèse est de mieux comprendre le rôle
physiologique de Hsp90 chez les bactéries ainsi que son mode de fonctionnement au cœur d'un
réseau constitué de chaperons et de protéases pour le maintien de la protéostasie. Ces études
ont été menées principalement chez la bactérie modèle Shewanella oneidensis.
Dans la première partie de ma thèse, je me suis intéressée à la coopération in vivo entre les
chaperons Hsp90 et DnaK (homologue à Hsp70). J'ai étudié l'effet de mutants ponctuels
d'Hsp90 abolissant l'interaction avec DnaK, sur des phénotypes dépendants de Hsp90. Ainsi,
au travers de deux exemples, croissance de S. oneidensis lors de stress thermiques, et production
de la toxine colibactine par certaines souches d'E. coli, j'ai pu démontrer que la coopération
entre Hsp90 et DnaK était essentielle chez les bactéries.
Dans une seconde partie de ma thèse, je me suis penchée sur le rôle joué par Hsp90 de façon
globale sur le protéome de S. oneidensis. Pour cela, j'ai mené des expériences de protéomique
dans lesquelles j'ai comparé les protéomes de souches de S. oneidensis produisant ou pas
Hsp90, et cultivées à différentes températures. J'ai pu montrer que, en conditions de stress
thermique, Hsp90 a un impact important sur la quantité de plus d'une centaine de protéines.
L'effet de Hsp90 sur certaines de ces protéines a été validé par des approches ciblées.
Dans une dernière partie de ma thèse, j'ai voulu mieux comprendre ce qui conduit une
protéine à être prise en charge par Hsp90. Pour cela, j'ai comparé deux protéines orthologues,
l'une reconnue par Hsp90 (TilS de S. oneidensis), et l'autre non (TilS d'E. coli). Par la
construction de chimères et de mutations ponctuelles sur TilS, j'ai pu identifier une région
importante pour la dépendance à Hsp90.
L'ensemble de mes résultats permet de mieux appréhender le rôle du chaperon Hsp90
bactérien au cœur du réseau de protéostasie. Des avancées majeures ont été réalisées quant à sa
coopération avec d'autres chaperons et protéases, à son impact important sur le protéome
bactérien, et à sa spécificité de reconnaissance pour ses clients. Mes travaux de thèse viennent
compléter les connaissances actuelles et mènent vers une meilleure compréhension des
mécanismes d'adaptation des bactéries.
Thesis resume
Proteins support essential physiological functions in the cell. To be active, most of them
must reach the ‘native', folded form. In vivo, many parameters can affect protein folding. In the
cell, a network of chaperones assists protein folding and protection, and thereby contributes to
maintain protein homeostasis, called “proteostasis”. Hsp90 is a major chaperone found in both
bacteria and eukaryotes. In eukaryotes, Hsp90 has been extensively studied for its involvement
in numerous human pathologies. In bacteria, little is known about the role of the Hsp90
chaperone in vivo. The aim of my thesis is to understand the physiological role of the chaperone
in bacteria and to determine how it functions at the heart of a network of chaperones and
proteases to maintain proteostasis. These studies were carried out mainly on the model
bacterium Shewanella oneidensis.
In the first part of my work, I focused on the cooperation between the chaperones Hsp90 and
DnaK (homologous to Hsp70) in vivo. I studied the effect of Hsp90 point mutants that abolish
the interaction with DnaK on Hsp90-dependent phenotypes. Using two examples, the growth
of S. oneidensis under thermal stress, and the production of the toxin colibactin by certain
strains of E. coli, I demonstrated that cooperation between Hsp90 and DnaK is essential in
bacteria.
In a second part of my thesis, I investigated the role of Hsp90 on a global level in the S.
oneidensis proteome. To do this, I performed proteomics experiments comparing the proteomes
of Hsp90-producing and non-producing strains grown at different temperatures. I showed that,
under heat stress conditions, Hsp90 had a significant impact on the levels of more than a
hundred proteins. The effect of Hsp90 on some of these proteins was validated by targeted
approaches.
The second part of my work focused on the identification of substrates, known as Hsp90
‘clients' in S. oneidensis, using two complementary proteomics approaches (comparison of total
proteomes and cross-links). The results of these two approaches led to a list of new Hsp90
clients, and some of which were validated experimentally.
In the last part of my thesis, I wanted to better understand what causes a protein to be taken
in charge by Hsp90. To this end, I compared two orthologous proteins, one recognized by
Hsp90 (TilS from S. oneidensis), the other not (TilS from E. coli). By constructing chimeras
and point mutations on TilS, I identified a region important for Hsp90 dependence.
Taken together, my results provide a better understanding of the role of the bacterial
chaperone Hsp90 in the center of the proteostasis network. Major advances have been made in
its cooperation with other chaperones and proteases, its significant impact on the bacterial
proteome, and its recognition specificity for its clients. My thesis work adds to current
knowledge and leads to a better understanding of bacterial adaptation mechanisms.