Etudes structurales et fonctionnelles du domaine périplasmique du récepteur à activité histidine-kinase GacS responsable de la formation du biofilm chez Pseudomonas aeruginosa (PAO1)

Functional and structural insights into the periplasmic detection domain of GacS HK (GacSp) responsible for biofilm formation in Pseudomonas aeruginosa (Pa) and The study of a family 39 glycoside hydrolase member from Bacteroides cellulolisitycus wh2

• Auteur / Autrice : Ahmad Ali Ahmad
• Direction : Yves Bourne, Florence Vincent
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 29/09/2016
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Architecture et Fonction des Macromolécules Biologiques (AFMB) (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Giardina
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Romé Voulhoux, Mirjam Czjzek
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Pierre Simorre, Sylvie Elsen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pseudomonas aeruginosa

Systèmes à deux composants (biologie)

Biofilms

Mots clés libres

Pseudomonas aerugnosa

Biofilm

Tcs

GacS HK

Domaine de détection

Structure 3D

Pseudomonas aeruginosa

Biofilm

Tcs

GacS HK

Detection domain

3D-Structure

Résumé

Pseudomonas aeruginosa (Pa) est une bactérie multi-résistante responsable de plus de 10% des infections nosocomiales en Europe. Pa réagit aux signaux environnementaux en activant un système de régulation complexe qui permet à la bactérie d’adopter une mode de vie planctonique (infection aigue) ou sessile (infection chronique caractérisée par la formation des biofilms). Le système à deux composants GacS/GacA joue un rôle central dans la permutation entre ces deux modes. Pendant une infection chronique, GacS HK forme des homodimeres permettant l’activation de la formation du biofilm. Nos travaux ont confirmé le rôle du domaine périplasmique de GacS HK (GacSp) dans la détection du signal et l’activation de la voie GacS/GacA. Malgré l’instabilité de GacSp, J’ai résolu la structure 3D de ce domaine par la spectroscopie RMN. GacSp adopte un repliement PDC qui caractérise un grand nombre de domaines senseurs connus pour fixer une large gamme de ligands. L’étude de la structure m’a permis de proposer un site de fixation du ligand. Les résultats présentés dans cette thèse montrent l’importance de GacSp et propose une nouvelle piste pour les études thérapeutiques visant à éradiquer le biofilm.La deuxième partie de ma thèse présente la structure cristalline du glycoside hydrolase 39 du B. cellulosilyticus WH2 présente dans le côlon (GH39wh2). GH39wh2 partage la même architecture avec les autres membres de la famille 39, cependant, elle possède un site actif plus large et plus exposé. Les analyses structurales et bioinformatiques ont permis d’attribuer GH39wh2 à un nouveau sous-groupe caractérisé par une fonction endoglycosidase inconnue.

Pseudomonas aeruginosa (Pa) is a Multidrug-Resistant bacterium responsible for more than 10% of nosocomial infections in Europe. Interestingly, Pa can switch its lifestyle between planktonic (acute infection) and sessile lifestyle (biofilm-type chronic infection) through different regulatory pathways, in which GacS/GacA Two Component System (TCS) plays a central decisive role. An active homodimer form of GacS Histidine Kinase (HK) leads to biofilm formation, while the inhibition of GacS by the hybrid HK RetS via cytoplasmic hetero-dimerization promotes acute infection. During my thesis, we unveiled for the first time the sensing role of the periplasmic detection domain of GacS HK (GacSp). I further solved the 3D structure of GacSp using NMR spectroscopy revealing its PDC-like fold, which characterizes a large number of detection domains known to bind a wide range of ligands. The structural analyses of the new GacSp structure suggest a conserved ligand-binding pocket. All together, my results present structural and functional understanding of GacSp role, which form the basis to consider this domain as a new target for anti-biofilm therapy.In the second part of my thesis, I report a 2.5Å resolution crystal structure of a family 39 glycoside hydrolase member (GH39wh2) from the human gut bacteria B. cellulosilyticus WH2. GH39wh2 shares a similar architecture as found in other related GH39 members but unveils an atypical shallow solvent-exposed groove. Complementary biochemical and bioinformatics analyses assign GH39wh2 to a new GH39 subgroup harboring a yet unknown endoglycosidase activity.