Etude d’un système respiratoire de Porphyromonas gingivalis, pathogène impliqué dans les infections parodontales

Characterisation of an oxygen-dependent respiratory enzyme of the periodontal pathogen Porphyromonas gingivalis

• Auteur / Autrice : Julia Leclerc
• Direction : Christine Baysse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie et Sciences de la Santé
• Date : Soutenance le 21/12/2015
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Vie-Agro-Santé (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : PRES : Université européenne de Bretagne (2007-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Microbiologie, risques infectieux -- Rennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cytochrome-oxydase

Bactéries anaérobies

Oxygène

Bouche -- Microbiologie

Parodontite

Stress oxydatif

Mots clés libres

Porphyromonas gingivalis

Cytochrome bd oxydase

Stress oxydant

Consommation d’oxygène

Fnr

Porphyromonas gingivalis

Cytochrome bd oxidase

Oxidative stress resistance

Oxygen consumption

Fnr

Résumé

Les parodontites sont des maladies chroniques inflammatoires causées par un biofilm bactérien. Elles sont la première cause de perte des dents dans les pays industrialisés et représentent donc un coût important pour la société. Le biofilm buccal est composé de plus de 500 espèces différentes, parmi lesquelles Porphyromonas gingivalis est reconnue comme une cause majeure du développement des symptômes. Cette bactérie à Gram négatif est considérée comme anaérobie bien qu’elle tolère des concentrations faibles en oxygène, ce qui favorise la colonisation de la cavité orale. Notre objectif était de mettre en évidence les processus biologiques conférant à P. gingivalis sa résistance à l’oxygène et au stress oxydant, mais également ceux impliqués dans la transition métabolique en concentrations variables d’oxygène. Des analyses in silico des génomes de souches de P. gingivalis ont révélé la présence d’un système respiratoire dépendant de l’oxygène, impliquant une cytochrome bd oxydase CydAB. Nous avons construit un mutant de P. gingivalis ATCC 33277 par délétion des gènes cydAB. Nos travaux ont montré que ce mutant était plus sensible que la souche parentale aux espèces réactives de l’oxygène (ROS) dont le peroxyde d’hydrogène et le générateur d’anion superoxyde paraquat. De plus, nous avons démontré que CydAB était impliquée dans le phénotype aérotolérant de P. gingivalis, et que cette enzyme consommait effectivement l’oxygène grâce à une étude par oxygraphie à haute résolution. Les mécanismes de régulations en réponse aux ROS et à l’oxygène sont encore mal connus, notamment en ce qui concerne la régulation positive de l’expression des gènes cydAB en présence d’oxygène. Deux gènes codant des régulateurs de type FNR ont été identifiés dans le génome de P. gingivalis, l’un d’entre eux codant un régulateur de la réponse au stress nitrosant, HcpR. Le second gène PGN_1569 a fait l’objet de notre étude. Par mutation et par analyses transcriptomiques, nous avons démontré que ce régulateur s’autorégulait négativement et activait l’expression de 4 groupes de gènes en anaérobie, n’incluant pas les gènes cydAB. L’expression de ces gènes est par ailleurs contrôlée par d’autres régulateurs redox, OxyR et/ou SigH et/ ou RprY. Cette étude met donc en évidence une connexion entre FNR et les autres régulateurs de la réponse au stress oxydant chez P. gingivalis. Des études complémentaires permettront de caractériser la fonction encore hypothétique des protéines codées par le régulon FNR. Il est intéressant de noter que l’absence de FNR confère à P. gingivalis une plus grande capacité à former un biofilm en anaérobie

Periodontal diseases are chronic inflammatory infections caused by bacteria in oral biofilm they are the first cause of loss of tooth in industrial countries with an important cost for the society. The biofilm comprises more than 500 bacterial species. Amongst them, Porphyromonas gingivalis, a Gram-negative bacterium, is well known as a major causative agent of periodontitis. Although considered as mainly anaerobe, P. gingivalis tolerates low oxygen concentration, therefore enhancing its ability to colonize the oral cavity. Our aim was to decipher the biological processes underpinning the resistance of P. gingivalis to oxygen and reactive oxygen species (ROS) and to characterise the transition from anaerobiosis to hypoxia. In silico studies of P. gingivalis genomes have revealed the presence of a putative oxygen-dependent respiratory system involving a cytochrome bd oxidase CydAB. We constructed a mutant deleted for cydAB genes in the P. gingivalis ATCC 33277 strain. Our study showed that cydAB mutation increased the sensibility of the mutant to reactive oxygen species such as the anion-superoxide generator paraquat and hydrogen peroxide. Moreover we demonstrated that CydAB is involved in the aerotolerance of P. gingivalis, and in oxygen consumption, as demonstrated by high resolution respirometry assay. Many regulations in response to ROS and oxygen are still unexplained in P. gingivalis, including the activation of cydAB expression by oxygen exposure. Two genes encoding FNR-like regulators were identified in the genome of P. gingivalis. One of them encodes the HcpR regulator which controls part of the nitrosative stress response. The second gene PGN_1569 was the focus of our study. By mutation and transcriptome analysis, we demonstrated that this FNR-like regulator repressed its own transcription and activated the expression of 4 gene clusters in anaerobiosis, but not including cydAB genes. The expression of these 4 gene clusters is also controlled by other redox regulators, OxyR and/or SigH and/or RprY. Therefore, this study pointed out the interplay between FNR and known oxidative stress response regulators of P. gingivalis. Further work will study the functions of the hypothetical proteins encoded by the FNR regulon. Interestingly, the fnr mutant displayed higher ability than the wild-type strain to form biofilm in anaerobiosis.