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Etude sur la relation fonction-structure de la lysine décarboxylase de Pseudomonas aeruginosa

La lysine décarboxylase (LDC) appartient à une famille d'enzymes décamériques dépendantes du cofacteur PLP qui sont connus pour catalyser la réaction transformant la L-Lysine en cadavérine tout en consommant un proton. Dans les entérobactéries comme Escherichia coli, nous trouvons deux paralogues, LdcI et LdcC. LdcI permet de faire face à la bactérie au conditions hostile de pH acide lors du passage à travers du tract gastro-intestinale. LdcC est produite pendant la phase stationnaire et aussi quand les bactéries font face aux traitements antibiotiques. La cadavérine produite par les LDCs est connue pour protéger les bactéries du stress oxydant. Cela s'explique par le fait que la cadavérine bloque les porines de la membrane externe, réduisant ainsi la perméabilité des molécules responsables du stress acides et oxydant. L'activité des LDCs chez E. coli est coordonnée avec la réponse stringente qui est mise en place lorsque les microorganismes sont dans des conditions pauvres en nutriments, afin d'éviter l'épuisement intracellulaire de la L-Lysine nécessaire pour la synthèse des protéines. Cependant, cette inhibition peut être levée par la formation d'un complexe en forme de cage avec son partenaire RavA, permettant ainsi aux bactéries de faire face aux stress multiples. Etant donné que la réponse au stress est importante pour que les bactéries puissent exhiber leur pathogénicité, nous nous sommes demandés si la bactérie opportuniste Pseudomonas aeruginosa pourrait employer LdcA pour contrer des conditions de stress qui ont déjà été décrites pour LdcI chez les entérobactéries. Au cours de ma thèse, nous avons abordé cette question en utilisant différentes approches complémentaires. Tout d'abord, nous avons utilisé des fusions promoteur-gène et de l'analyse par Western-blot pour déterminer les conditions dans lesquelles le gène ldcA a été exprimé et sa protéine synthétisée. Nous avons pu observer que ldcA est exprimé sur la phase stationnaire de croissance dans des conditions aérobies en milieux riches et également pendant des conditions anaérobies de respiration avec nitrate. Nous avons également confirmé que l'expression de ldcA est régulée par ArgR et elle est induite complètement lorsque l'acide aminé L-arginine est présente dans le milieu de croissance. Même si nous avons trouvé que les conditions de stress n'induisent pas l'expression de ldcA, nous avons obtenu de nouvelles données suggérant que d'autres mécanismes de régulation tels que le système de quorum sensing dépendant des quinolones (PQS) pourraient être impliqués dans l'expression de ldcA. En utilisant des souches mutantes de ldcA et son complémentée, nous avons évalué si LdcA était impliqué dans la réponse au stress acide et oxydatif. Bien que les données obtenues à l'aide des expériences dans notre laboratoire et des technologies à haut débit (Biolog) aient révélé que LdcA ne présente pas les mêmes fonctions que LdcI, nous avons découvert que la cadavérine produite par LdcA est nécessaire pour la croissance en milieu minimal avec L- Glutamate comme source de carbone. Nous avons également examiné si la présence de LdcA modifie la résistance aux antibiotiques et nous montré que les rends moins persistants face aux carbenicillines. Enfin, en combinant l'analyse phylogénétique et structurelle, nous avons découvert que LdcA appartient à un sous-groupe différent de LDCs bactériennes. Les alignements de séquences montrent que les résidus clés nécessaires pour lier le ppGpp ne sont pas présents dans le site de liaison prédit ce qui a été confirmer par l'analyse biochimique. Notre travail montre que, malgré le fait que LdcA catalyse la même réaction enzymatique et partage les mêmes caractéristiques structurelles que LdcI et LdcC, elle ne joue pas le même rôle que ses homologues. Son rôle est lié aux effets physiologiques de la cadavérine et à la relation entre la L-lysine et le catabolisme de la L-arginine
Computer Program, English, 2017