Nanomachines bactériennes impliquées dans le transfert horizontal de gènes : étude structurale des protéines de l'ICESt3, un élément intégratif et conjuguatif de Streptococcus thermophilus - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2021

Bacterial nanomachines involved in horizontal gene transfer : structural study of ICESt3 proteins, an integrative and conjugative component of Streptococcus thermophilus

Nanomachines bactériennes impliquées dans le transfert horizontal de gènes : étude structurale des protéines de l'ICESt3, un élément intégratif et conjuguatif de Streptococcus thermophilus

Abstract

Antibiotic resistance in bacteria has become part of our daily lives. These resistances are progressingfaster than new antibiotics can be found and/or synthesized : a growing problem that knows no boundaries.To acquire this resistance, bacteria exchange mobile genetic elements by horizontal transfer and by usingthe type IV secretion system (T4SS). These conjugative T4SSs are multiprotein membrane complexes, wellstudied in Gram-negative bacteria where several functional models exist. However, in Gram-positive bacteria,little information is available. The aim of this thesis was to initiate a structural work on the proteins of aT4SS ofStreptococcus thermophilus. More precisely, it is the T4SS of the integrative and conjugative elementICESt3 . On the one hand the crystallographic structure of the OrfG protein was determined and on theother hand the structure of OrfM was solved by nuclear magnetic resonance. A preliminary three-dimensionalmodel of OrfM is proposed, composed of a mixed 4-stranded sheet. The exploitation of this structure willallow the establishment of the structure-function relationships of OrfM which is supposed to act in pairwith OrfL as a helicase processivity factor for T4SS. OrfG is a protein homologous to the VirB8 proteinwhich is an assembly factor for Gram negative T4SSs. A script called MPSA_Viewer was developed in thePython language to compare OrfG to its structural homologues. This was necessary because the sequencesimilarities between these proteins were very low. All these proteins have a common fold called VirB8-likebut also disparities separating Gram-negative from Gram-positive models. These results could be correlatedto their quaternary structures. A functional dimeric assembly has been proposed in Gram-negative bacteria.The trimeric assembly of OrfG observed in the crystal and supported by the similar quaternary structuresof two other proteins of the same group suggests an original T4SS specific to Gram positive bacteria
Les résistances aux antibiotiques chez les bactéries font aujourd’hui partie de nos vies quotidiennes. Ces résistances progressent plus vite que l’on arrive à trouver et/ou synthétiser de nouveaux antibiotiques : un problème grandissant qui n’a aucune frontière. Pour acquérir cette résistance, les bactéries s’échangent des éléments génétiques mobiles par transfert horizontal et en utilisant le système de sécrétion de type IV (T4SS). Ces T4SS conjugatifs sont des complexes membranaires multiprotéiques, bien étudiés chez les bactéries à Gram négatif où plusieurs modèles fonctionnels existent. En revanche, chez les bactéries à Gram positif peu d’informations sont disponibles. Cette thèse avait pour but d’initier un travail structural sur les protéines d’un T4SS de Streptococcus thermophilus. Plus précisément, il s’agit du T4SS de l’élément intégratif et conjugatif ICESt3 . D’une part la structure cristallographique de la protéine OrfG a été déterminée et d’autre part lastructure d’OrfM a été résolue par résonance magnétique nucléaire. Un modèle tridimensionnel préliminaire d’OrfM est proposé, composé d’un feuillet mixte à 4 brins. L’exploitation de cette structure permettra l’établissement des relations structure-fonction d’OrfM qui est supposée agir de paire avec OrfL comme un facteur de processivité d’hélicase pour les T4SS. OrfG est une protéine homologue à la protéine VirB8 qui est un facteur d’assemblage des T4SS Gram négatif. Un script appelé MPSA_Viewer a été développé dans le langage Python pour comparer OrfG à ses homologues structuraux. Cela était nécessaire car les similarités de séquence entre ces protéines étaient très faibles. Toutes ces protéines possèdent un repliement commun appelé VirB8-like mais aussi des disparités séparant les modèles Gram négatif des modèles Gram positif. Ces résultats pourraient être corrélées à leurs structures quaternaires. Un assemblage dimérique fonctionnel a été proposé chez les bactéries à Gram négatif. L’assemblage trimérique d’OrfG observé dans le cristal et conforté par les structures quaternaires similaires de deux autres protéines du même groupe suggère un T4SS original et spécifique aux bactéries à Gram positif.
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Dates and versions

tel-03632862 , version 1 (06-04-2022)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03632862 , version 1

Cite

Julien Capelle. Nanomachines bactériennes impliquées dans le transfert horizontal de gènes : étude structurale des protéines de l'ICESt3, un élément intégratif et conjuguatif de Streptococcus thermophilus. Chimie. Université de Lorraine, 2021. Français. ⟨NNT : 2021LORR0193⟩. ⟨tel-03632862⟩
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