Caractérisation de la protéine leading YfjB et étude de son importance pour l’établissement du plasmide F chez Escherichia coli lors de la conjugaison bactérienne

Characterisation of thea leading protein YfjB and study of its importance for F plasmid establishment in Escherichia coli during bacterial conjugation

• Auteur / Autrice : Chloé Virolle
• Direction : Christian Lesterlin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 30/03/2023
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Molecular Microbiology and Structural Biochemistry (Lyon ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Xavier Charpentier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Xavier Charpentier, Bernard Hallet, Géraldine Laloux, Christophe Possoz, Anne Vianney
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bernard Hallet, Géraldine Laloux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transformation bactérienne

Plasmides

Conjugaison bactérienne

Transfert génétique

Mots clés libres

Microbiologie

Conjugaison

Plasmide F

Microscopie à fluorescence

Cellules vivantes

Microbiology

Conjugation

F plasmid

Fluorescence microscopy

Live cell

Résumé

Il est désormais acquis que le transfert horizontal de gènes joue un rôle prépondérant dans la plasticité des génomes bactériens, permettant un bond évolutif associé à la dissémination rapide et efficace de nouveaux traits phénotypiques. La conjugaison bactérienne est ainsi un des mécanismes de transfert horizontal de gènes d’intérêt majeur puisque responsable de 80% des disséminations de résistances aux antibiotiques acquises chez les bactéries. Étant le sujet de nombreuses recherches depuis la découverte du mécanisme en 1946, le plasmide F est désormais considéré comme un modèle pour l’étude de la conjugaison bactérienne. Parmi les différentes régions génétiques le composant, la région leading est définie comme étant la première à être transférée dans les cellules receveuses. Retrouvée conservée chez certains plasmides conjugatifs appartenant à divers groupes d’incompatibilité, il a été montré que cette région est exprimée de manière précoce lors de l’entrée du plasmide dans la receveuse. Bien que la plupart des gènes qui la composent soient de fonctions inconnues, il est proposé que la région leading joue un rôle majeur dans les étapes initiales d’établissement du plasmide dans la nouvelle cellule hôte. L’objectif principal de cette thèse est d’étudier le rôle de la région leading au cours de la conjugaison du plasmide F chez Escherichia coli, et plus précisément de caractériser le gène yfjB. La protéine YfjB partage une homologie avec les protéines de la famille ParB, notamment par la conservation d’un domaine de liaison à l’ADN. Afin de caractériser cette protéine leading, j’ai eu recours à une approche multidisciplinaire combinant la microbiologie classique, la microscopie à fluorescence en cellules vivantes, la génétique, les analyses omic ou encore la biochimie structurale. Les résultats obtenus permettent de mieux comprendre la dynamique de la protéine YfjB au niveau cellulaire, son activité moléculaire et son rôle dans l’établissement du plasmide F chez la bactérie receveuse. Mes travaux nous amènent alors à proposer un rôle de la protéine YfjB pour le bon déroulement des premières étapes de transfert du plasmide via une reprogrammation globale du profil d’expression génétique de la bactérie hôte. Cela irait dans le sens d’une stratégie développée par le plasmide F visant à limiter l’impact négatif de son acquisition sur la physiologie de la cellule receveuse, appuyant l’hypothèse d’une importance de la région leading pour l’établissement du plasmide

It is now acquired that horizontal gene transfer plays a preponderant role for bacterial genome plasticity, allowing an evolutionary leap associated with rapid and efficient dissemination of new phenotypic traits amongst bacterial populations. Conjugation is therefore a horizontal gene transfer mechanism of major interest since it is responsible of 80% of acquired antibiotic resistances dissemination in bacteria. Being the subject of extensive researches since the first description of the mechanism in 1946, the F plasmid is now considered as a model for bacterial conjugation study. Amongst the multiple genetic regions composing it, the leading region is defined as the first to be transferred inside recipient cells. Conserved in various plasmids belonging to different incompatibility groups, it was shown that this region is early expressed during the plasmid entry inside the recipient. Even if the genes composing it are mainly unknown, it is suggested that the leading region play a key role for the early steps of plasmid establishment within the new host cell. The main objective of this thesis is to study the leading region role during F plasmid conjugation in Escherichia coli, and more precisely to characterise the yfjB gene. The YfjB protein shares a homology with proteins from the ParB family especially by conservation of a DNA binding domain. In order to characterise this leading protein, I had recourse to a multidisciplinary approach combining classical microbiology, fluorescence microscopy in live cells, genetic, omics analysis or structural biochemistry. The data obtained allow to better understand the YfjB protein dynamics at the cellular scale, its molecular activity and role for the F plasmid establishment inside the recipient bacteria. My work leads us to suggest a role of the YfjB protein for the first steps of plasmid transfer via global reprogramming of the host genetic expression profile. This would be in coherence with a strategy developed by the F plasmid aiming to limit the negative impact of its own acquisition on bacterial host physiology, supporting the hypothesis of the probable importance of the leading region for plasmid establishment.