Rôle de l'interaction entre l'AcyL Carrier protein et SpoT : un lien génétique et physique entre la réponse stringente et le métabolisme des lipides

AcyL Carrier protein/SpoT interaction : the switch linking the stringent response to fatty acid metabolism

• Auteur / Autrice : Aurélia Battesti
• Direction : Emmanuelle Bouveret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie moléculaire et biotechnologies
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 2

Mots clés

Mots clés contrôlés

Escherichia coli

Lipides -- Métabolisme

Lipides

Mots clés libres

AcyL Carrier protein

Résumé

Lors d’une carence nutritionnelle, les bactéries synthétisent du (p)ppGpp dont l’accumulation déclenche la réponse stringente, caractérisée par un arrêt de la croissance et une modulation de l’expression génétique. E. Coli possède deux protéines impliquées dans le métabolisme du (p)ppGpp, RelA et SpoT. Alors que RelA répond à une carence en acides aminés par un mécanisme bien défini, SpoT répond à une carence en acides gras ou en carbone par un mécanisme toujours inconnu. Au cours de ma thèse, nous avons caractérisé une interaction physique entre SpoT et l’Acyl Carrier Protein (ACP), co-facteur central de la synthèse des acides gras. La perte de cette interaction empêche l’accumulation de (p)ppGpp lors d’une carence en acides gras, suggérant que l’interaction ACP/SpoT est impliquée dans la réponse au stress SpoT-dépendante. Ainsi, nous avons proposé un modèle dans lequel une modification d’ACP signale une carence en acides gras à SpoT, entraînant un changement conformationnel de SpoT et la synthèse de (p)ppGpp. Afin d’étudier l’importance de cette interaction dans la physiologie bactérienne, nous avons construit des souches dans lesquelles l’interaction entre SpoT et ACP est abolie en introduisant des mutations ponctuelles dans le gène spoT. Ces souches présentent des phénotypes de croissance ainsi que des altérations de l’enveloppe cellulaire. De plus, dans ces souches la réponse à la carence en acides gras et l’interaction ACP/SpoT sont altérées dans un contexte ΔrelA mais pas dans un contexte relA+, suggérant un rôle de RelA dans l’interaction ACP/SpoT. L’étude de la conservation de l’interaction ACP/SpoT parmi différentes espèces bactériennes nous a permis de montrer que cette interaction n’est conservée que dans une minorité de bactéries contenant des enzymes de type SpoT. Enfin, nous avons caractérisé un réseau d’interactions centré autour de SpoT, liant des protéines impliquées dans la traduction et dans le métabolisme des lipides. L’ensemble de ces résultats suggèrent que l’interaction ACP/SpoT est importante pour la physiologie bactérienne, notamment en conditions de carence.

Bacteria respond to various nutritional stresses by producing (p)ppGpp. The accumulation of this nucleotide triggers the stringent response, which is characterized by growth arrest and the modulation of gene expression. E. Coli contains two enzymes involved in (p)ppGpp metabolism, RelA and SpoT. RelA responds to amino acid starvation by a well known mechanism, whereas SpoT produces (p)ppGpp during fatty acid or carbon starvation but the mechanism for this response is unknown. During my thesis, we characterized a physical interaction between SpoT and Acyl Carrier Protein (ACP), a central co-factor in fatty acid synthesis. The loss of this interaction prevents (p)ppGpp accumulation in response to fatty acid starvation, supporting the idea that the ACP/SpoT interaction is involved in SpoT-dependent stress response. This led us to propose a model in which an ACP modification signals fatty acid starvation to SpoT, triggering a conformational switch in SpoT and so leading to (p)ppGpp synthesis. Then, in order to study the importance of the ACP/SpoT interaction in bacterial physiology, we have engineered E. Coli strains in which this interaction is abolished by introducing specific point mutations in spoT gene. These strains present growth phenotypes and envelope defects. Furthermore, the response to fatty acids starvation and the interaction between ACP and SpoT mutated proteins in these strains are affected in a ΔrelA context but not in a relA+ context, suggesting a role for RelA in the ACP/SpoT interaction. Studying the conservation of the ACP/SpoT interaction between bacterial species, we show that this interaction is only present in bacteria containing SpoT enzymes. Lastly, we characterized an interaction network centred on SpoT, linking translation and lipid metabolism proteins. All these data suggest that the ACP/SpoT interaction is important for bacterial physiology, even more during starvation condition.