Rôle des protéines paralogues TonB et HasB dans le transport de l'hème par le récepteur de membrane externe HemR de Serratia marcescens

par Najla Benevides Matos

Thèse de doctorat en Microbiologie et virologie

Sous la direction de Francis Biville.

Soutenue en 2008

à Paris 7 .


  • Résumé

    Chez les bactéries à Gram négatif, les ferri-sidérophores, le fer de ferri-protéines, Thème ou la vitamine B12 sont transportés à travers la membrane externe par des récepteurs spécifiques. Cette activité de transport a besoin de l'énergie produite par le complexe de la membrane interne TonB/ExbB/ExbD. La protéine TonB interagit avec ces récepteurs de membrane externe par l'intermédiaire d'une séquence peptidique localisée près de leur extrémité N-terminale. Cette séquence consensus DTLWTA, bien conservée, est appelée TonB box. Serratia marcescens possède 2 paralogues de TonB fonctionnels, TonB et HasB. TonB est capable de transmettre l'énergie du complexe TonB /exbB/ExbD à des récepteurs impliqués dans le transport du fer ou de Thème chez Serratia marcescens ou chez Escherichia coll. Par contre HasB, dont le gène est situé dans un opéron impliqué dans l'acquisition de Thème (opéron has), est fonctionnel pour l'acquisition de Thème via le récepteur HasR mais ne peut pas se substituer à TonB pour les transporteurs de ferri-sidérophores d3Escherichia coli ou de Serratia marcescens. Ceci pose la question du niveau de spécificité de HasB: est-ce une spécificité vis-à-vis des différents systèmes système de transport de Thème de Serratia marcescens ou bien une spécificité stricte vis-à-vis de HasR ? Pour répondre à cette question, le deuxième récepteur à hème (HemR) de S. Marcescens a été clone et son activité caractérisée chez Escherichia coli. HemR est actif en présence de TonB, mais pas de HasB. Cette étude démontre ainsi que HasB et HasR forment une paire spécifique. A l'aide de mutants nous avons étudié, la contribution des différents systèmes au processus de transport de Thème chez Serratia marcescens. Les systèmes Has et Hem sont les. Seuls transporteurs de Thème fonctionnels. Le système Has est plus efficace mais nécessite une carence en fer plus importante. En absence de HasA, le système Has est inopérant. L'activité du système Has est presque complètement abolie en absence de HasB. La quantité de récepteur HasR est fortement diminuée dans des mutants hasA ou hasB de Serratia marcescens. A l'aide d'une fusion entre le promoteur de Topéron has et le gène lacZ, nous avons montré que le niveau d'expression de Topéron has est fortement diminué dans un mutant hasB. L'absence d'activité de transport de Thème par le système dans les mutants hasA et hasB, est donc corrélée à une forte diminution de Topéron has. Nous proposons le scénario suivant pour le transport de Thème chez Serratia marcescens. Dans un milieu non carence en fer, les gènes de structure des opérons has et hem ne sont pas exprimés. En cas de carence en fer le système Hem peu transporter Thème. En cas de carence en fer, et quand la concentration en hème est très faible, le système Has, prend le relais grâce à l'activité de Thèmophore HasA.

  • Titre traduit

    Role of the inner membrane TonB/HasB proteins in the energy dependent heme transport through the specific outer membrane receptors


  • Résumé

    In Gram-negative bacteria, molecules, including ferri-siderophores, iron, vitamin B 12 or heme, are transported through the outer membrane by specific receptor. This transportation activity requires the energy provided by the inner membrane complex TonB/ExbB/ExbD. Two components, ExbB, and ExbD use the proton motive force to produce energy. The third component, TonB, which transmit energy, interacts with the outer membrane receptors by peptide sequence located near their N-terminus end. This preserved consensus sequence DTLWTA, is named TonB box. Serratia marcescens has 2 functional TonB paralogs, TonB and HasB. TonB is able to transmit the energy of the complex TonB/ExbB/ExbD to receptors involved in the transport of iron or heme in Serratia marcescens or Escherichia coll. On the other hand HasB, whose gene is located in an operon encoding for the component of the Has heme uptake System (has operon), is functional for the heme acquisition via the HasR receptor but cannot substitute TonB for the transporter the ferrisiderophores in Escherichia coli and Serratia marcescens. This raises the question of the level of the HasB specificity: is this a specificity with respect to the various heme transport Systems of Serratia marcescens or a strict specificity with respect to HasR? To answer this question, the second heme receptor (HemR) of S. Marcescens, was cloned and its activity characterized in Escherichia coli. HemR was shown to be active in the presence of TonB, but not with HasB. This result shows that HasB and HasR form a specific pair. Using mutants we studied, the contribution of the various Systems to the heme uptake process in Serratia marcescens. The Has and Hem Systems are the only functional heme transporter in Serratia marcescens. The Has System is more efficient but requires a higher iron deficiency. In absence its cognate hemophore, the heme uptake activity of the HasA System is dramatically, decreased. The Has System activity is almost completely abolished in absence of HasB. The quantity of HasR receptor in Serratia marcescens is strongly decreased in hasB mutant similarly with a hasA mutant. Using a transcriptional fusion between the has operon promoter and the lacZ gene, we showed that the has operon expression level is strongly decreased in a hasB mutant. The absence of activity of heme transport activity of the Has System in hasA and hasB mutants, is correlated with a sharp decrease of the has operon expression level. We propose the following scénario for the heme transport in Serratia marcescens. In an iron containing medium has, and hem operons are not expressed. In the presence of iron depletion, the Hem System can transport heme. In the presence of iron deficiency, and when the heme concentration is very low, the Has System transports heme thanks to thé activity of the hemophore HasA.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (169 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 278 réf.

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  • Bibliothèque : Université Paris Diderot - Paris 7. Service commun de la documentation. Bibliothèque Universitaire des Grands Moulins.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TS (2008) 163
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