L'adénosine monophosphate cyclique (AMPc) est une molécule très largement conservée dans le monde du vivant. Chez les bactéries, cette molécule signal est impliquée, entre autres, dans l'adaptation aux changements de milieu, au développement de la virulence, à la sporulation et la compétence. Bien qu'il fut démontré dans les années 1970 que cette molécule nécessitait un transporteur afin de traverser la membrane cellulaire, l'identité de celui-ci restait jusqu'à très récemment inconnue. Ce n'est qu'en 2011 que Hantke et ses collègues démontrèrent l'implication de la protéine TolC dans l'export de l'AMPc. Au cours de ma thèse, j'ai démontré le rôle prépondérant du complexe Opp dans l'import d'AMPc chez Escherichia coli. Ce complexe, formé des protéines OppABCD et F, est connu pour transporter des oligopeptides et se trouve dans la membrane interne de nombreuses bactéries. Pour arriver à la conclusion de son implication dans le transport d'AMPc, une banque de mutants a été créée dans une souche ne produisant pas d'AMPc (cyaA-). Afin d'identifier le transporteur responsable de l'import de l'AMPc, différents cribles qui testent la présence de cette molécule dans la cellule, ont ensuite été réalisée sur ces clones. Après analyse des résultats obtenus, l'opéron opp a été pressenti comme étant nécessaire à l'entrée de l'AMPc dans la cellule. Le double mutant cyaA-oppA- a été créé et de nouvelles expériences sont venues confirmer notre hypothèse. La protéine OppA a ensuite était surexprimée et purifiée pour nous permettre de faire des tests biochimiques d'interaction entre AMPc et OppA, basés sur la fluorescence émise par la protéine elle-même ou un homologue de l'AMPc, l'ε-AMPc. Ces expériences nous ont permis de confirmer l'interaction entre la protéine OppA et l'AMPc. Le système Opp est donc le principal importateur d'AMPc chez Escherichia coli, mais il ne semble pas être l'unique transporteur impliqué. Un autre candidat très intéressant est le complexe Dpp, connu pour transporter les dipeptides. En effet, les expériences préliminaires effectuées démontrent une diminution de la concentration intracellulaire d'AMPc dans une cellule cyaA-dppA- comparée à celle observée dans une souche cyaA-. Les travaux réalisés pendant ces trois dernières années permettent de conclure que le complexe Opp est le principal importateur d'AMPc, très probablement secondé par le complexe Dpp. / Cyclic adenosine monophosphate (cAMP) is a signalling molecule conserved in all reigns of life. In bacteria, cAMP plays an important role in processes as diverse as the adaptation to a changing environment, the control of virulence, sporulation and competence. Although it has been proven in the 1970s that this molecule needs an active transporter to traverse the plasma membrane, the first one of these transporters was discovered only a few years ago. In 2011, Hantke et al have shown that the TolC protein is involved in the efflux of cAMP. During my PhD work I have identified the Opp complex as a major player of cAMP import into Escherichia coli. This complex, composed of proteins called OppABCD and F, is known to transport oligopeptides across the inner membrane of numerous bacterial species. To prove the involvement of the Opp complex in cAMP transport, I have used transposon mutagenesis to generate a collection of random mutants in a strain that does not produce cAMP (cyaA-). Different screens were used to detect mutants with impaired transport of extracellular cAMP into the cell. The opp operon emerged as the most promising candidate from this screen. The double mutant cyaA-oppA- was constructed and experiments designed to test the function of OppA confirmed our hypothesis. Subsequently, I overexpressed and purified OppA in order to perform biochemical experiments destined to measure the physical interaction between cAMP and OppA. I show that the Opp system is the major importer of cAMP in Escherichia coli. However, it seems that Opp is not the unique importer of cAMP. The other, very interesting candidate is the complex Dpp, known to transport dipeptides. Preliminary experiments revealed a decreased amount of cAMP in strain cyaA-dppA- compared to strain cyaA-. The experiments carried out during the last three years allow us to conclude that the Opp complex is the major importer of cAMP into E. coli and that the Dpp complex is probably a secondary transporter.

O sistema de transporte de oligopeptídios (sistema Opp) está envolvido em diferentes aspectos da fisiologia bacteriana, incluindo nutrição, comunicação intercelular e fatores associados com a virulência. Estes transportadores ABC são formados por uma proteína de ligação a oligopeptídios, uma permease e um domínio de ligação ao ATP. As Aeromonas são bactérias Gram-negativas aquáticas ubíquas associadas com várias doenças em humanos, especialmente, gastrenterites. Atualmente, A. hydrophila, A. sobria e A. caviae são consideradas como patogenos emergentes pela OMS. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho foi caracterizar o sistema de transporte de oligopeptídios em Aeromonas utilizando para tanto diversas ferramentas bioinformáticas e moleculares. Os resultados mostraram que, assim como em outras bactérias Gram-negativas, os genes opp de Aeromonas encontram-se organizados em um único operon policistrônico formado por cinco genes (oppA, oppB, oppC, oppD e oppF). O gene oppA e a proteína periplásmica de ligação a oligopeptídios correspondente (OppA) são altamente conservados, mesmo entre bactérias de famílias distintas. O modelo da proteína OppA de A. hydrophila mostrou a estrutura típica Venus flytrap , semelhante ao modelo de S. typhimurium. Além disso, a presença do gene oppA foi confirmada em todas as linhagens avaliadas. A OppA de várias espécies de Aeromonas foram reconhecidas por anticorpos obtidos contra a OppA de E. coli, confirmando a similaridade entre estas proteínas, e a expressão da OppA em Aeromonas. O seqüenciamento completo ou parcial do gene oppA de diferentes espécies de Aeromonas permitiu confirmar a elevada conservação do mesmo, e corroborar dados filogenéticos prévios. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-05-22T17:08:12Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Fernanda Cattani.pdf: 1029794 bytes, checksum: cca1fad2170203cf94cc3056e3a6381b (MD5) / Made available in DSpace on 2014-05-22T17:08:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Fernanda Cattani.pdf: 1029794 bytes, checksum: cca1fad2170203cf94cc3056e3a6381b (MD5) / The oligopeptide transport system (Opp system) is involved in different aspects of bacterial physiology, including nutrition, intercellular communication, and factors associated with virulence. These ABC transporters are formed by an oligopeptide binding protein, a permease, and ATP-binding domain. Aeromonas are ubiquous aquatic Gram-negative bacteria associated with several human diseases, particularly gastrointestinal disorders. Now a day, A. hydrophila, A. sobria and A. caviae are considered as emerging pathogens by the WHO. In this context, the objective of the present study was to characterize the oligopeptide transport system of Aeromonas using several bioinformatic and molecular tools. The results showed that as in other Gram-negative bacteria, the opp genes of Aeromonas are organized in a single policistronic operon formed by five genes (oppA, oppB, oppC, oppD and oppF). The oppA gene and its corresponding periplasmic oligopeptide-binding protein (OppA) are highly conserved, even between different bacterial families. A. hydrophila OppA model exhibits a typical Venus flytrap structure, similar to the S. typhimurium model. Furthermore, the presence of the oppA gene was confirmed in all the Aeromonas strains evaluated. The OppA of several Aeromonas species were recognized by antibodies obtained against E. coli OppA, confirming the similarity between these proteins, and the expression of the oligopeptide binding protein in Aeromonas. The complete or partial sequencing of the gene oppA of different species of Aeromonas allowed confirming the high conservation of this gene, and corroborate previous phylogenetic data.

O sistema de transporte de oligopeptídios (sistema Opp) está envolvido em diferentes aspectos da fisiologia bacteriana, incluindo nutrição, comunicação intercelular e fatores associados com a virulência. Estes transportadores ABC são formados por uma proteína de ligação a oligopeptídios, uma permease e um domínio de ligação ao ATP. As Aeromonas são bactérias Gram-negativas aquáticas ubíquas associadas com várias doenças em humanos, especialmente, gastrenterites. Atualmente, A. hydrophila, A. sobria e A. caviae são consideradas como patogenos emergentes pela OMS. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho foi caracterizar o sistema de transporte de oligopeptídios em Aeromonas utilizando para tanto diversas ferramentas bioinformáticas e moleculares. Os resultados mostraram que, assim como em outras bactérias Gram-negativas, os genes opp de Aeromonas encontram-se organizados em um único operon policistrônico formado por cinco genes (oppA, oppB, oppC, oppD e oppF). O gene oppA e a proteína periplásmica de ligação a oligopeptídios correspondente (OppA) são altamente conservados, mesmo entre bactérias de famílias distintas. O modelo da proteína OppA de A. hydrophila mostrou a estrutura típica Venus flytrap , semelhante ao modelo de S. typhimurium. Além disso, a presença do gene oppA foi confirmada em todas as linhagens avaliadas. A OppA de várias espécies de Aeromonas foram reconhecidas por anticorpos obtidos contra a OppA de E. coli, confirmando a similaridade entre estas proteínas, e a expressão da OppA em Aeromonas. O seqüenciamento completo ou parcial do gene oppA de diferentes espécies de Aeromonas permitiu confirmar a elevada conservação do mesmo, e corroborar dados filogenéticos prévios. / The oligopeptide transport system (Opp system) is involved in different aspects of bacterial physiology, including nutrition, intercellular communication, and factors associated with virulence. These ABC transporters are formed by an oligopeptide binding protein, a permease, and ATP-binding domain. Aeromonas are ubiquous aquatic Gram-negative bacteria associated with several human diseases, particularly gastrointestinal disorders. Now a day, A. hydrophila, A. sobria and A. caviae are considered as emerging pathogens by the WHO. In this context, the objective of the present study was to characterize the oligopeptide transport system of Aeromonas using several bioinformatic and molecular tools. The results showed that as in other Gram-negative bacteria, the opp genes of Aeromonas are organized in a single policistronic operon formed by five genes (oppA, oppB, oppC, oppD and oppF). The oppA gene and its corresponding periplasmic oligopeptide-binding protein (OppA) are highly conserved, even between different bacterial families. A. hydrophila OppA model exhibits a typical Venus flytrap structure, similar to the S. typhimurium model. Furthermore, the presence of the oppA gene was confirmed in all the Aeromonas strains evaluated. The OppA of several Aeromonas species were recognized by antibodies obtained against E. coli OppA, confirming the similarity between these proteins, and the expression of the oligopeptide binding protein in Aeromonas. The complete or partial sequencing of the gene oppA of different species of Aeromonas allowed confirming the high conservation of this gene, and corroborate previous phylogenetic data.

O sistema de captação de oligopeptideos (Opp), responsável pela captação de peptídeos com 3 ou mais resíduos de aminoácidos, representa um mecanismo importante de obtenção de nutrientes em bactérias. O operon Opp é constituído por 5 genes, sendo OppD e F responsáveis pela codificação dos componentes geradores, OppB e C codificantes para as proteínas que delimitam o poro da membrana e OppA que codifica o componente ligante. Neste trabalho identificamos uma alta identidade entre as proteínas OppA expressas por diferentes cepas de E. coli, 4 espécies do gênero Shigella ( 99 %) e diferentes sorovares de Salmonella enterica (85%) mas registramos a ocorrência de vários sítios polimórficos inter-específicos. A presença do gene OppA foi confirmada em 58 cepas diarreiogênicas de E. coli, Shigella e Salmonella. A partir da proteína OppA recombinante foi obtido soro policlonal específico que revelou a presença da proteína em todas as linhagens estudadas. Desta forma, concluímos que a proteína OppA está presente e conversada em espécies e linhagens dos três gêneros de Enterobacteriaceae estudados. / The oligopeptide uptake system (Opp), involved with the uptake of peptides formed by 3 or more amino acid residues, represent important nutrient uptake mechanism. The Opp operon is usually represented by 5 structural genes, including OppD and OppF encoding proteins involved generation of energy , OppB and OppC, encoding membrane proteins delimiting a pore and OppA encoding the protein responsible both for specificity and affinity of the transport system toward different peptide substrates. In this study, we demonstrated that the OppA proteins expressed by different E. coli strains,4 Shigella species (99%) and different serovars of Salmonella enterica (85%) were quite conserved but the occurrence of inter-species polymorphism was demonstrated. The OppA gene was detected in 58 diarrheogenic E. coli, Shigella and Salmonella strains. Using a recombinant OppA protein produced in E. coli, specific polyclonal sera were generated and successfully applied in the immunological detection of the proteins expressed by the tested strains. Thus, we conclude that the OppA protein is present and conserved among species and strains of the three test Enterobacteriaceae genera.

O sistema de captação de oligopeptideos (Opp), responsável pela captação de peptídeos com 3 ou mais resíduos de aminoácidos, representa um mecanismo importante de obtenção de nutrientes em bactérias. O operon Opp é constituído por 5 genes, sendo OppD e F responsáveis pela codificação dos componentes geradores, OppB e C codificantes para as proteínas que delimitam o poro da membrana e OppA que codifica o componente ligante. Neste trabalho identificamos uma alta identidade entre as proteínas OppA expressas por diferentes cepas de E. coli, 4 espécies do gênero Shigella ( 99 %) e diferentes sorovares de Salmonella enterica (85%) mas registramos a ocorrência de vários sítios polimórficos inter-específicos. A presença do gene OppA foi confirmada em 58 cepas diarreiogênicas de E. coli, Shigella e Salmonella. A partir da proteína OppA recombinante foi obtido soro policlonal específico que revelou a presença da proteína em todas as linhagens estudadas. Desta forma, concluímos que a proteína OppA está presente e conversada em espécies e linhagens dos três gêneros de Enterobacteriaceae estudados. / The oligopeptide uptake system (Opp), involved with the uptake of peptides formed by 3 or more amino acid residues, represent important nutrient uptake mechanism. The Opp operon is usually represented by 5 structural genes, including OppD and OppF encoding proteins involved generation of energy , OppB and OppC, encoding membrane proteins delimiting a pore and OppA encoding the protein responsible both for specificity and affinity of the transport system toward different peptide substrates. In this study, we demonstrated that the OppA proteins expressed by different E. coli strains,4 Shigella species (99%) and different serovars of Salmonella enterica (85%) were quite conserved but the occurrence of inter-species polymorphism was demonstrated. The OppA gene was detected in 58 diarrheogenic E. coli, Shigella and Salmonella strains. Using a recombinant OppA protein produced in E. coli, specific polyclonal sera were generated and successfully applied in the immunological detection of the proteins expressed by the tested strains. Thus, we conclude that the OppA protein is present and conserved among species and strains of the three test Enterobacteriaceae genera.