Métallophores bactériens de type nicotianamine : régulation, diversité et évolution

Nicotianamine-like metallophores in bacteria : regulation, diversity, and evolution

• Auteur / Autrice : Clémentine Laffont
• Direction : Pascal Arnoux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 22/03/2021
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biosciences et biotechnologies d'Aix-Marseille
• Jury : Président / Présidente : Amel Latifi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Agnès Rodrigue
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Delepelaire, Isabelle Schalk

Mots clés

Mots clés contrôlés

Yersinia pestis

Croissance -- Régulation

Histone méthyltransférases

Pseudomonas aeruginosa

Staphylocoque doré

Métaux

Processus de croissance cellulaire

Mots clés libres

Métal

Métallophore

Nicotianamine

Régulation

Diversité

Evolution

Metal

Metallophore

Nicotianamine

Regulation

Diversity

Evolution

Résumé

Certains métaux sont des nutriments essentiels car ils participent aux processus cellulaires vitaux. En excès, ils peuvent cependant générer des effets délétères. Il est donc crucial de maintenir un contrôle strict de leur concentration. Chez les plantes, la nicotianamine (NA) participe à ce maintien à l’équilibre grâce à sa capacité à fixer et transporter les métaux. Ce métallophore est aussi produit par des champignons et un dérivé a été identifié à partir d’une archée. Récemment, des analogues bactériens ont été décrits chez Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa et Yersinia pestis qui produisent respectivement la staphylopine (Sp), la pseudopaline (Pp) et la yersinopine (Yp). Dans ce travail, la régulation, la diversité et l’évolution des métallophores bactériens de type NA ont été explorées en utilisant une approche multidisciplinaire combinant microbiologie, biochimie, bioinformatique et chimie analytique. En définissant des règles permettant de prédire la nature des métallophores produits, un nouvel homologue appelé bacillopaline a été découvert. L’étude de la synthèse de la Sp chez S. aureus a révélé une régulation post-traductionnelle originale par les métaux. Chez P. aeruginosa, l’étude du transport de la Pp a dévoilé l’emploi d’une pompe à efflux encore jamais associée au système cnt, et une modification périplasmique du métallophore impliquée dans son import. Le rôle de l’opéron cnt a été comparé chez deux espèces du genre Yersinia chez qui la production de Yp a été démontrée. Chez A. mirum, la modification de la Sp par une méthyltransférase a été décrite. Finalement, la diversité et l’histoire évolutive des systèmes de type NA ont été discutées.

Some metals are essential nutrients because they participate in vital cellular processes. In excess, however, they can have deleterious effects. It is therefore crucial to keep their concentration tightly controlled. In plants, nicotianamine (NA) contributes to this maintenance of equilibrium thanks to its ability to fix and transport metals. This metallophore is also produced by fungi and an analogue has been identified from an archaeon. Recently, bacterial derivatives have been characterized in Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa and Yersinia pestis, which synthesize staphylopine (Sp), pseudopaline (Pp) and yersinopine (Yp), respectively. In this work, the regulation, diversity, and evolution of NA-type bacterial metallophores have been explored using a multidisciplinary approach combining microbiology, biochemistry, bioinformatics, and analytical chemistry. By establishing rules to predict the nature of the metallophores produced, a new homologue called bacillopaline has been discovered. The study of Sp synthesis in S. aureus has revealed an original post-translational regulation by metals. In P. aeruginosa, the study of the transport pathways of Pp has unraveled the use of an efflux pump, insofar never associated with the cnt system, as well as a periplasmic modification of the metallophore involved in its import. The role of the cnt operon has been compared in two species of the genus Yersinia in which the biosynthesis of Yp has been demonstrated. In A. mirum, the modification of Sp by a methyltransferase has been described. Finally, the diversity and the evolutionary history of NA-type systems have been discussed.