L'utilisation d'antibiotiques pour lutter contre les infections bactériennes a favorisé l'émergence de souches résistantes. Comprendre les mécanismes de résistance est crucial pour lutter contre ces pathogènes. Cette thèse propose une étude structurale d'une pompe à efflux multidrogues de Pseudomonas aeruginosa qui se compose d'un transporteur MexB, d'une protéine canal OprM et d'une protéine adaptateur MexA. Les partenaires du complexe tripartite stabilisés en nanodisques ont permis la formation du complexe in vitro. L'optimisation des conditions de production du complexe a permis de cribler les différents paramètres régissant son assemblage. L'étude structurale par cryo-ME révèle un complexe de 30 nm de long en conformation de repos. L'étude de la stabilisation des protéines membranaires par nanodisques a conduit au développement d'un système minimal, débarrassé des lipides. Ce système minimal a révélé la nécessité d'une phase lipidique autour de MexB pour l'assemblage du complexe. / Antibiotics use against bacterial infections has led to the emergence of resistance. Understanding the mechanisms underlying resistance to antibiotics is critical to fight against these pathogens. This thesis presents a structural study of a multidrug efflux pump in Pseudomonas aeruginosa, composed of a transporter MexB, an exit duct OprM and an adaptor protein MexA. The proteins reconstituted in nanodiscs allowed tripartite complex formation in vitro. Optimization of yield led to the identification of key parameters governing complex assembly. Structural cryo-EM study revealed a 30 nm long complex in a resting state. The study of membrane protein stabilization by nanodisks led to the development of a minimal system devoid of lipids. This system showed a lipid phase around MexB is required for complex formation.

Chez P. aeruginosa, la surproduction constitutive du système MexXY/OprM s'accompagne d'une augmentation de larésistance aux aminosides, fluoroquinolones et à certaines (3-lactamines. La caractérisation des mécanismes génétiquesconduisant à la surproduction de cette pompe parmi une collection de 57 isolats cliniques non redondants a permisd'identifier 3 types de mutations affectant, soit le gène mexZ dont le produit réprime l'opéron mexXY (mutants agrZ,77,2%), soit les gènes parRS codant pour un système à deux composants (mutants agrWl, 8,8%) ou d'autres cibles dontl'inactivation perturbe la synthèse protéique et entraîne la surexpression du gène PA5471 dont le produit, ArmZ, est unanti-répresseur de MexZ (mutants agrWl,\4%). Si certaines populations de P. aeruginosa tendent à devenir plusrésistantes aux aminosides en surproduisant le système MexXY/OprM, d'autres évoluent paradoxalement vers unehypersensibilité aux p-lactamines sous l'effet de mutations inactivant MexAB-OprM (MexAB-). L'analyse d'unecollection de 275 souches isolées de 36 patients CF nous a permis d'identifier des souches MexAB- hypersensibles à laticarcilline (37%) et des souches MexAB- non hypersensibles en raison d'une surproduction de la B-lactamase AmpC(16%). Au total, 53% des isolats sont apparus déficients dans le système MexAB-OprM. L'étude de l'activité ou de laproduction de divers facteurs de virulence a indiqué que la perte de fonction de MexAB-OprM n'était pas associée àcelle de caractères de virulence. Au final, notre travail apporte un éclairage nouveau sur la capacité de P. aeruginosa àmoduler l'activité de ses pompes d'efflux pour s'adapter à diverses situations cliniques. / Pseudomonas aeruginosa is a nosocomial pathogen naturally resistant to many antibiotics thanks to numerous resistantmechanisms. Among them, overproduction of the MexXY/OprM efflux System leads to decrease significantly thesusceptibility of P. aeruginosa to aminoglycosides, fluoroquinolones and some p-lactams. Characterization of geneticmechanisms leading to overproduction of this pump from a collection of 57 non-redundant clinical isolates enable toidentified three types of mutations affecting either the gene mexZ whose product represses mexXY operon (agrZmutants, «=77. 2%), or genes parRS encoding a two component System (agrW2 mutants, w=8.8%) or other targetswhose inactivation disturbs protein synthesis and results in overexpression of the gene PA547I, whose product ArmZ isan anti-repressor of MexZ protein (agrWl mutants, n= 14%). If some populations of A aeruginosa are becoming moreresistant to aminoglycosides by overproducing MexXY/OprM system, others develop an hypersensitivity to P-lactamsas a resuit of mutations inactivating MexAB-OprM efflux system (MexAB-). The analysis of 275 strains isolated from36 CF patients allowed us to identify MexAB- strains hypersensitive to ticarcillin (37%) and non-MexABhypersensitive strains due to an overproduction of the p-lactamase AmpC (16%). In fine, 53% of the isolates appeareddeficient in MexAB-OprM. The study of various virulence factors indicated that the loss of function of MexAB-OprMin P. aeruginosa was not associated with virulence of the strains. To conclude, our work highlight on the ability ofP. aeruginosa to modulate the activity of its efflux pumps in order to adapt to various clinical environments

Pseudomonas aeruginosa est une bactérie à Gram négatif à caractère ubiquitaire que l’on retrouve dans une grande diversité d’environnements. C’est un pathogène opportuniste qui est responsable chez l’homme d’infections chroniques ou aigües qui peuvent être mortelles pour des patients immuno-déficients. L’établissement d’une infection chronique est généralement associé à la capacité de la bactérie à former un biofilm, qui se définit comme une population bactérienne attachée sur une surface et englobée par une matrice extracellulaire formée entre autre depolysaccharides. La formation du biofilm est un processus bien défini dans le temps et dans l’espace et qui implique la mise en jeu de nombreuses structures de surfaces dont l’assemblage est strictement contrôlé. Une des voies de régulation contrôlant cet assemblage est le système à 2composants Roc1 (« regulation of cup genes »). Les gènes cup codent des composants de la voie « chaperone-usher » qui permet le transport de sous-unités pilines et leur assemblage à la surface bactérienne sous forme de pili. Ces pili Cup sont important dans l’établissement du biofilm. Le système Roc1 est aussi impliqué dans la mise en place du système de sécrétion de type III, qui est communément associé aux infections aigues. De fait le système Roc1 peut être considéré comme un «interrupteur» décidant du mode d’infection associé à P. aeruginosa. Le système Roc1 est constitué d’un senseur non-orthodoxe (RocS1) et de deux régulateurs de réponse, RocA1 et RocR, dont le domaine effecteur est un domaine de liaison à l’ADN ou un domaine EAL à activité phosphodiesterase, respectivement. Il existe également d’autres gènes paralogues de Roc1 qui sont le système Roc2 avec RocS2 et RocA2 très similaire à RocS1 et RocA1, ainsi que RocS3 similaire à RocS1. Le travail réalisé au cours de ma thèse a montré qu’il existe une régulation croisée entre Roc1 etRoc2. Cependant, chacune des branches du réseau de régulation contrôle l’expression d’une série de gènes bien spécifiques. Nous avons montré que la signalisation via RocS2 et RocS1 lorsqu’elle converge sur RocA1 contrôle l’expression des gènes cupC et ce contrôle est totalement indépendantde RocA2. Par contre lorsque la signalisation RocS1 et RocS2 converge vers RocA2 alors ce sont les gènes mexAB-oprM, qui codent une pompe d’efflux impliquée dans la résistance aux antibiotiques, dont l’expression est alors réprimée.En conclusion, nous avons mis en évidence un modèle unique de régulation croisée qui résulte dans un effet antagoniste entre formation du biofilm et résistance aux antibiotiques. Si cela peut paraître inattendu, quelques données cliniques sont en faveur d’une telle balance. En effet, l’analyse de souches de P. aeruginosa, isolées à partir de patients atteints de mucoviscidose, révèle que dans ces isolats la pompe MexAB-OprM est inactive. La raison de cette adaptation n’est pas élucidée, mais l’absence de pompe fonctionnelle pourrait procurer un avantage, une meilleure aptitude à la souche à persister dans cet environnement. Il est également reconnu que dans les poumons de ces patients le mode préféré de développement pour P. aeruginosa est le biofilm. Mises bout à bout ces observations suggèrent donc que le système Roc pourrait être un système de régulation important pour percevoir l’environnement du poumon chez le patient mucoviscidosique et déclencher une réponse adaptée. / The opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa is responsible for diverse chronic and acute infections in human. Chronic infections are associated with the capacity of P. aeruginosa to form biofilms. One of the pathways controlling biofilm formation is the Roc1 two-component system, involved in the regulation of cup genes allow the assembly of thin fimbriae at the surface of the bacterium. Cup fimbiae are important in biofilm formation. There exist paralogues of the Roc1 system - the Roc2 and Roc3 system. The work in this thesis has shown that cross-regulation occurs between Roc1 and Roc2. However, each branch in this network appears to control the expression of a specific subset of genes whose role and functions are striking in the context of an infection process. We characterized here a unique model of cross-regulation which results in the antagonistic regulation of biofilm formation and antibiotic resistance