Etude des mécanismes de transport d'une famille de lipides d'enveloppe, les polyphléates de tréhalose, chez Mycobacterium smegmatis

A study of the transport mechanisms of a family of envelope lipids, the trehalose polyphleates, in Mycobacterium smegmatis

• Auteur / Autrice : Laurie Thouvenel
• Direction : Christian Chalut
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 19/10/2020
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de pharmacologie et de biologie structurale (Toulouse ; 1996-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lipides des membranes

Glycolipides

Mycobactéries

Mots clés libres

Mycobactérie

Enveloppe

Lipide

Transport

Polyphléates de tréhalose

Glycolipide

MmpL

Acyltransférase

Mycobacteria

Envelope

Lipid

Transport

Trehalose polyphleates

Glycolipid

MmpL

Acyltransferase

Résumé

L'enveloppe des mycobactéries se distingue des enveloppes des bactéries Gram-négatives et Gram-positives par sa structure complexe particulièrement hydrophobe. Elle contient notamment une membrane externe appelée mycomembrane, composée d'acides gras à longues chaînes, les acides mycoliques et de lipides complexes non covalemment liés au reste de l'enveloppe. La plupart de ces molécules jouent un rôle très important dans la structuration de l'enveloppe, la formation des biofilms ou la virulence des souches pathogènes. Les lipides de la mycomembrane sont synthétisés dans le cytoplasme. Leurs voies de biosynthèse sont largement caractérisées, contrairement aux mécanismes impliqués dans leur transport vers la surface de l'enveloppe ainsi que leur dynamique d'export au cours du cycle cellulaire. Les mycobactéries ont un mode d'élongation polaire atypique où l'ancien pôle, hérité de la cellule mère lors de la division précédente, s'allonge plus rapidement que le nouveau pôle. Quelques données suggèrent l'existence d'un couplage entre la mise en place du peptidoglycane et des acides mycoliques aux pôles des mycobactéries, mais elles restent limitées et il n'existe aucune information sur la mise en place des autres lipides. L'étude de ces mécanismes est importante pour une meilleure compréhension de la physiologie des mycobactéries. L'objectif de cette thèse était d'étudier les mécanismes d'export des lipides de la mycomembrane, en utilisant comme modèle d'étude une famille de lipides non essentiels, les polyphléates de tréhalose (TPP), chez Mycolicibacterium smegmatis. En utilisant une combinaison d'approches génétique, biochimique et protéomique, nous avons établi que l'étape finale de synthèse des TPP, catalysée par l'acyltransférase PE, a lieu dans la paroi de M. smegmatis, après clivage et export de PE. Ces travaux ont permis de proposer un modèle plus détaillé de la voie de biosynthèse des TPP et de préciser les mécanismes moléculaires impliqués dans l'export de ces composés. Dans une seconde partie, nous avons étudié la dynamique d'export des TPP dans l'enveloppe de M. smegmatis au cours du cycle cellulaire, en suivant la localisation du transporteur dédié au transport de ces molécules à travers la membrane plasmique (MmpL10), par microscopie de fluorescence. Les données recueillies montrent une localisation dynamique avec une accumulation préférentielle du transporteur au nouveau pôle de la bactérie. Cette localisation diffère de celle du transporteur des acides mycoliques (MmpL3), qui est principalement retrouvé à l'ancien pôle de M. smegmatis. Ces données soulignent des différences dans la dynamique de mise en place des acides mycoliques et des TPP au cours de la croissance des mycobactéries.

The mycobacterial envelope is distinguished from the Gram-negative and Gram-positive bacterial cell envelopes by its complex, hydrophobic structure. It contains an outer membrane called the mycomembrane, which is composed of long chain fatty acids, mycolic acids and numerous complex lipids non-covalently linked to the rest of the envelope. Most of these molecules play an important role in the maintenance of the envelope's structure, biofilm formation or virulence in pathogenic species. Mycomembrane lipids are synthesised within the cytoplasm. Their biosynthetic pathways are well characterised, however, the mechanisms of their transport to the surface of the envelope, and the dynamics of their export during the various phases of the mycobacterial cell cycle, are poorly understood. Mycobacteria have an atypical polar mode of elongation, where the old pole inherited from the mother cell during the last division event elongates faster. A few studies have suggested that the export of peptidoglycan and mycolic acids in the envelope is coupled at the old pole, however more information is required, and it is unknown if this also applies to the other lipids of the mycomembrane. Studying these mechanisms is a key step towards understanding the physiology of mycobacteria. The goal of my thesis was to study the mechanisms of mycomembrane lipid export using a non-essential lipid family, the trehalose polyphleates (TPP) in Mycolicibacterium smegmatis, as a model. Through a combination of genetic, biochemical and proteomic approaches, we showed that the final step of TPP synthesis, which is catalysed by an acyltransferase named PE, takes place within the cell wall of M. smegmatis after cleavage and export of PE. This work allows us to propose a more detailed model for TPP biosynthetic pathway and clarify the molecular mechanisms involved in their export. In the second part of my thesis, we used fluorescence microscopy to study the dynamics of TPP export in the envelope by following the transporter dedicated to TPP translocation through the plasma membrane (MmpL10) over the course of the M. smegmatis cell cycle. Our data show that the transporter dynamically localises to the new pole of the bacteria, contrasting with the localisation of the mycolic acid transporter (MmpL3), which is predominantly found at the old pole. These results highlight differences in the export dynamics of mycolic acids and TPP during the growth of mycobacteria.