Détection et signalisation du monoxyde de carbone chez des bactéries aérobies - Hémo-senseur RcoM-2 et réponses mycobactériennes au CO

par Mayla Salman

Thèse de doctorat en Biologie

Sous la direction de Ursula Liebl.

Le président du jury était Gilles Truan.

Le jury était composé de Ursula Liebl, Roberta Foresti, Delphine Lechardeur.

Les rapporteurs étaient Roberta Foresti, Delphine Lechardeur.


  • Résumé

    Le gaz toxique CO peut agir à faibles quantités comme molécule de signalisation ; détectée par les protéines senseurs à base d’hème.La première partie de ce travail concerne le régulateur de transcription bactérien CO-dépendant RcoM-2, qui possède une affinité extrêmement élevée pour le CO, tout en étant insensible à l'O₂. RcoM-2 se lie à son ADN cible seulement lorsque du CO est lié à l’hème. Nous avons caractérisé l'interaction hème-CO dans la protéine entière RcoM-2 et l'avons comparée à l’hémo-domaine isolé RcoMH-2. RcoM-2 peut lier du CO avec une affinité effective plus faible que RcoMH-2. Le CO se dissocie avec un taux 20 fois plus élevé par rapport à RcoMH-2, où la liaison du CO est quasi irréversible. Une petite fraction du CO peut échapper de la protéine, ainsi permettant RcoM-2 à agir comme senseur du CO. La présence du domaine de liaison à l'ADN influence les propriétés de fixation du CO à l'hème. Les études sur l'origine moléculaire précise des propriétés dynamiques doivent attendre la structure 3D de RcoM-2.La détection du CO est cruciale pour Mycobacterium tuberculosis, l’agent infectieux de la tuberculose, qui doit répondre aux mécanismes de défense de l'hôte, dont le CO. Le gène cor (rv1829) pourrait y jouer un rôle. Nous avons démontré que Cor est un dimère très stable, capable de lier un hème de façon stoechiométrique, suggérant ainsi une fonction potentielle de senseur direct du CO. Un résidu histidine a été identifié comme ligand potentiel de l’hème. La dynamique interne du CO est très similaire de celle d’autres senseurs à CO bactériens. Cor présente une activité de liaison à l'ADN dépendante de l'hème et du CO, qui est aboli dans le mutant H70A. Nos études ont également montré que le régulateur de transcription mycobactérien Rv0081, induit en réponse aux changements gazeux, peut se lier sur la région régulatrice prédite de cor. La création d’une souche Δcor dans le modèle non-pathogène M. smegmatis se poursuit et constituera un premier pas vers des futures analyses transcriptomiques.

  • Titre traduit

    Detection and signaling of carbon monoxide in aerobic bacteria - RcoM-2 hemo-sensor and mycobacterial CO responses


  • Résumé

    The toxic gas CO can act in low quantities as signaling molecule; detected by heme-based sensor proteins.The CO-dependent transcription factor RcoM-2 has a very high affinity for CO, while being insensitive to O₂. RcoM-2 binds to DNA only when CO is bound to heme. We characterized the heme-CO interaction in full-length RcoM-2 and compared it with the isolated heme domain RcoMH-2. RcoM-2 can bind CO with lower effective affinity than RcoMH-2. CO dissociates with a 20-fold higher rate than in RcoMH-2, where CO binding is almost irreversible. A small fraction of CO can escape from the protein, thus allowing RcoM-2 to act as CO sensor. The presence of the DNA binding domain influences the binding properties of CO to heme. Identification of the precise molecular origin of the dynamic properties must await the 3D structure RcoM-2.CO detection is crucial for Mtb, the infectious agent of tuberculosis that must overcome the host's defense mechanisms, including CO. The gene cor (rv1829) has been implicated in these processes. We have shown that Cor is a highly stable dimer that is able to stoichiometrically bind a heme cofactor, suggesting a potential function as direct CO sensor. A histidine residue was identified as potential heme ligand. The internal CO dynamics is very similar to other bacterial CO sensors. Cor exhibits DNA binding activity that depends on the presence of heme and CO, which is abolished in the H70A mutant. Our studies also showed that the transcriptional regulator Rv0081, induced in response to gaz changes, can bind to the predicted regulatory region of cor. The creation of a Δcor strain in the non- pathogenic model M. smegmatis continues and will be a first step towards transcriptomic analyzes.


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