Organisation fonctionnelle des segments transmembranaires d'un moteur moléculaire Tol et d'une protéine active conte une toxine bactérienne

Fonctional organization of transmembrane helices of Tol proteins and of a colicin inhibitor protein

• Auteur / Autrice : Xiang Zhang
• Direction : Roland Lloubès
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie, biologie végétale et biotechnologies
• Date : Soutenance le 19/11/2010
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Macromoléculaires (LISM) (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Cheng-cai Zhang
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Roland Lloubès, Cheng-cai Zhang, Nathalie Saint, Daniel Brethes, Yves Corda, Denis Duche
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Saint, Daniel Brethes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Immunité

Escherichia coli

Cystéine

Mots clés libres

Tol-Pal

Protéine d’immunité

Colicine

Interaction hélice-hélice

Cysteine scanning

Escherichia coli

Résumé

Le système Tol-Pal est un complexe de l’enveloppe d’Escherichia coli composé de CINQ protéines. Les protéines ToIQ, ToIR, TolA forment un complexe dans la membrane interne; la lipoprotéine Pal interagit avec le peptidoglycane avec la protéine périplasmique TolB. Ce système est conservé chez la plupart des bactéries à Gram négatif. Il joue un rôle important dans le maintien de la stabilité de l’enveloppe et dans l’étape tardive de la division cellulaire. Une interaction entre TolA et Pal relie les membranes interne et externe, et dépend des protéines ToIQ, TolR et de la force proton motrice (PMF). Les protéines ToIQ-R-A formeraient un moteur moléculaire utilisant la PMF afin de relier membranes interne, externe et le peptidoglycane. Mon travail a consisté à étudier l’organisation des segments transmembranaires (STs) de TolQ et TolR au sein de la membrane interne d’E. coli en utilisant l’approche expérimentale du « cysteine scanning ». Ainsi, nous avons pu identifier les résidus impliqués dans les interactions entre les STs et améliorer la connaissance de l’organisation moléculaire de ce système. Nous avons aussi démontré la dimérisation du ST de TolRet l’importance de la dynamique dans le fonctionnement de ce moteur. Le système Tol est parasité par certaines toxines (comme les colicines) et par des phages filamenteux. Les colicines sont produites par des souches d’Escherichia coli et active contre les entérobactéries. Je me suis aussi intéressé à l’organisation structurale de la protéine d’immunité de la colicine A. La colicine A forme un canal ionique dans la membrane interne pour tuer la bactérie cible. Les cellules produisant la Colicine A synthétisent également une protéine d’immunité (Cai) qui les protègent de l’action de la colicine A. Par une approche combinant « cysteine scanning » classique et un « anti-cysteinescanning », nous avons pu apporter des informations nouvelles sur l’organisation des quatre STs deCai. Nous avons montré que Cai forme un dimère dans la membrane et que ce dimère se dissocie au contact de sa cible, la colicine A.

The Tol-Pal system is a protein complex of the Escherichia coli cell envelope. It consists offive proteins. The ToIQ, TolR, TolA proteins form a complex in the inner membrane, the lipoproteinPal interacts with the peptidoglycan and with the periplasmic protein TolB. This system is conservedin most Gram-negative bacteria. It plays an important role in maintaining the integrity of the outermembrane and in the late stage of cell division. The interaction between Pal and TolA connects innerand outer membranes and depends on ToIQ, TolR and the proton motive force (pmf). The ToIQ-R-Aproteins are suspected to form a molecular motor using pmf to connect the inner and outermembranes and the peptidoglycan. The first aim of my work was to study the organization of thetransmembrane helices (TMHs) of E. coli TolQ and TolR using the cysteine scanning approaches. Weidentified residues involved in the interactions between the TMHs and improved the knowledge ofthe molecular organization of this system. We have also demonstrated the dimerization of the TMHof TolR and the importance of its dynamic movement in the system. The second aim of my work wasto analyze the structural organization of the immunity protein to colicin A. The colicins are producedby certain strains of E. coli and are active against other Enterobacteriaceae. The colicin A forms anion channel in the bacterial inner membrane which kill the bacteria. It hijacks the Tol system to enterin the cell. Cells producing colicin A also synthesize the colicin A immunity protein (Cai) whichprotects the producing cells against the action of colicin A. The approaches combining "cysteinescanning" and "anti-cysteine-scanning”, we found that Cai form a dimer in the membrane whichdissociates upon contact with its target, the colicin A