New insights into meningococcal pathogenesis : exploring the role of the major pilin PilE in the functions of type IV pili

par Paul Kennouche

Thèse de doctorat en Interdisciplinaire

Sous la direction de Guillaume Duménil.

Soutenue le 14-06-2018

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Frontières de l'innovation en recherche et éducation (Paris ; 2006-....) , en partenariat avec Université Paris Descartes (1970-2019) (établissement de préparation) .

Le président du jury était Olivera Francetic.

Le jury était composé de Guillaume Duménil, Olivera Francetic, Jeremy Derrick, Han Remaut, Aleksandra Walczak.

Les rapporteurs étaient Jeremy Derrick, Han Remaut.

  • Titre traduit

    De nouvelles perspectives sur la pathogénicité du méningocoque : exploration du rôle de la piline majeure PilE sur les fonctions des pili de type IV


  • Résumé

    Les pili de type IV (PT4) sont des filaments micrométriques qui exercent de multiples fonctions à la surface de nombreux procaryotes. Chez Neisseria meningitidis, les PT4 sont des homopolymères de la piline majeure PilE. Leur implication dans l'agrégation interbactérienne et l'adhésion aux cellules humaines les rend centraux dans la virulence du méningocoque. Cependant, les mécanismes permettant aux PT4 d'exercer ces diverses fonctions restent trop élusifs. Durant ce doctorat, nous avons simultanément déterminé les régions de PilE impliquées dans l'assemblage des pili, l'auto-agrégation, l'adhésion aux cellules humaines et la compétence à la transformation en utilisant la technique de deep mutational scanning. L'analyse approfondie de cette carte fonctionnelle de la séquence de la piline offre de nouvelles perspectives sur les mécanismes de fonctionnement des PT4 : tout d'abord, le domaine hyperconservé 1 de PilE est impliqué dans la régulation de la balance entre la longueur et le nombre des pili ; par ailleurs, nous avons identifié un groupe d'acides aminés électropositifs autour de la lysine 140 requis pour l'agrégation ; enfin, nous montrons l'importance de l'extrémité distale des PT4 dans l'adhésion. En résumé, ces résultats sont en faveur d'un rôle direct de PilE dans l'agrégation et l'adhésion bactérienne et identifient les domaines spécifiquement impliqués dans ces fonctions. Ces travaux ouvrent aussi de nouvelles perspectives sur la pathogénicité de Neisseria meningitidis et pourraient participer au développement de nouvelles thérapies pour combattre les pathologies provoquées par le méningocoque.


  • Résumé

    Type IV pili (TFP) are multifunctional micrometer-long filaments expressed at the surface of many prokaryotes. In Neisseria meningitidis, TFP are homopolymers of the major pilin PilE. They are crucial for virulence as they mediate interbacterial aggregation and adhesion to host cells although the mechanisms behind these functions remain unclear. During this doctoral work, we simultaneously determined the regions of PilE involved in pili display, auto-aggregation and adhesion to human cells by using deep mutational scanning. Mining of this extensive functional map of the pilin sequence provides new mechanistic insights: first, the hyperconserved 1-domain of PilE was found to be involved in the balance between pili length and number; moreover, we identified an electropositive cluster of residues centered around Lysine 140 necessary for aggregation; finally, we show the importance of the tip of TFP in adhesion. Overall, these results support a direct role of PilE in aggregation and adhesion to host cells and identify these specific functional domains. This doctoral work opens up new perspectives on the pathogenicity mechanisms of Neisseria meningitidis and could help design new therapies to fight meningococcal disease.

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