Transport cellobiose médié par PTS et son effet sur l'expression du gène de virulence chez Listeria monocytogenes

PTS-mediated cellobiose transport and its effect on virulence gene expression in Listeria monocytogenes

• Auteur / Autrice : Minh Thanh Nguyen Cao
• Direction : Josef Deutscher
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 17/12/2015
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Microbiologie de l'Alimentation au Service de la Santé humaine (Jouy-en-Josas)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : AgroParisTech (France ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Colin Tinsley
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Colin Tinsley, Anne Galinier, Xavier de Bolle, Cristel Archambaud, Axel Hartke
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Galinier, Xavier de Bolle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Virulence (microbiologie)

Phosphorylation

Cellobiose

Listeria monocytogenes

Mots clés libres

Listeria monocytogenes

Activateur transcriptionnel

L'utilisation de cellobiose

Système phosphotranseférase

LevR-Like

Répression des gènes de virulence

Listeria monocytogenes

Transcription activator

Cellobiose utilization

Phosphotransferase system

LevR-Like

Virulence gene repression

Résumé

Listeria monocytogenes transporte le cellobiose principalement via le PTS (PEP:carbohydrate phosphotransferase system). La croissance sur cellobiose induit l'expression des opérons celBCA1, celBA2 ainsi que du gène lmrg_01989, qui codent respectivement le composant soluble EIIACel1, le transporteur EIICCel1, le composant soluble EIIBCel1, les protéines EIIBCel2 et EIIACel2, et une seconde EIICCel. La croissance sur glucose réprime fortement l'expression de ces gènes. La délétion de celC1 codant l'EIICCel1 ou des deux gènes, celA1 et celA2, ralentit considérablement la consommation cellobiose. L'expression des trois unités de transcription induite par le cellobiose dépend de CelR. CelR, qui code un régulateur transcriptionnel LevR- like, est situé en aval de l'opéron bicistronique celBA2. CelR est activé par phosphorylation par EI et HPr de l'His550. En revanche, la phosphorylation de l'His823, catalysée par P~EIIBCel1 et P~EIIBCel2, inhibe l'activité de CelR. Le remplacement de l'His823 par une Ala empêchant cette phosphorylation ou la délétion des deux gènes codants les EIIAsCel ou EIIBsCel entraîne l'expression constitutive des trois unités de transcription contrôlées par CelR. Comme le glucose, le cellobiose inhibe fortement l'activité de PrfA, l'activateur des gènes de virulence. Nous avons donc cherché à tester si l'un des composants PTSCel pouvait être impliqué dans la répression de gènes de virulence. Les mutants consommant faiblement le cellobiose, présentaient une levée de la répression des gènes de virulence par le cellobiose, alors que le glucose et les autres sucres-PTS les réprimaient toujours. De manière surprenante, la délétion du gène monocistronique lmrg_00557, qui code un autre composant EIIBCel du PTS, induisait la levée de la répression des gènes de virulence médiée par toutes les sources de carbone mais n'avait aucun effet sur la consommation de glucose ou de cellobiose. Ce gène lmrg_00557 a été appelé vgiB (virulence gene inhibitor B) et la protéine correspondante, qui semble jouer un rôle majeur dans la régulation de l'activité de PrfA, EIIBVir. Cette protéine est phosphorylée par le PEP et les composants PTS EI, HPr et EIIACel2 sur le résidu cystéine-8. La complémentation du mutant ΔvgiB avec l'allèle sauvage, mais également avec l'allèle Cys8Ala, restaurait le mécanisme général de répression des gènes de virulence par les sucres, suggérant ainsi que la forme non phosphorylée de EIIBVir inhibe l'activité de PrfA.

Listeria monocytogenes transports cellobiose mainly via a PEP:carbohydrate phosphotranseferase system (PTS). Growth on cellobiose induces the expression of the celBCA1 and celBA2 operons as well as lmrG01989, which encode the soluble EIIA Cel1 and EIIB Cel1 components, the transporter EIIC Cel1 , the EIIA Cel2 and EIIB Cel2 proteins, and a second EIIC Cel , respectively. Growth on lucose strongly repressed the expression of these genes. Deletion of the EIIC Cel1 –encoding celC1 or of both, celA1 and celA2, significantly slowed cellobiose consumption. The bicistronic operon celBA2 is located downstream from celR, which codes for a LevR-like transcription activator. Expression of the three cellobiose-induced transcription units depends on CelR. The gene encoding CelR is located upstream from the bicistronic operon celBA2. CelR itself is activated via phosphorylation by EI and HPr at His550. In contrast, phosphorylation at His823, which is catalyzed by both, P~EIIB Cel1 and P~EIIB Cel2 , inhibits CelR activity. Preventing this phosphorylation by replacing His823 with Ala or deleting the two EIIA Cel – or EIIB Cel -encoding genes caused constitutive expression of all three CelR-controlled transcription units. Similar to glucose, cellobiose strongly inhibits the activity of the virulence gene activator PrfA. We therefore tested whether one of the PTS Cel components might be involved in virulence gene repression. Mutants, that exhibit slow cellobiose consumption, were relieved from cellobiose-mediated virulence gene repression, whereas glucose and other PTS-sugars still repressed them. Strikingly, deletion of the presumed monocistronic lmrg_00557, which codes for another EIIB Cel -like PTS component, caused a general relief from carbon source-mediated virulence gene repression, but had no effect on cellobiose or glucose consumption. The gene lmrg_00557 was named vgiB (virulence gene inhibitor B) and the encoded protein, which seems to play a major role in PrfA regulation, was called EIIB Vir . It becomes phosphorylated by PEP and the PTS components enzyme I, HPr and EIIA Cel2 at cysteine-8. Complementation of the ΔvgiB mutant with wild-type vgiB, but also with the Cys8Ala allele restored general virulence gene repression, thus suggesting that it is the unphosphorylated form of EIIB Vir , which inhibits the activity of PrfA.