Le séquençage intégral du génome de Mycobacterium tuberculosis a permis de mettre en évidence l’existence de onze Sérine/Thréonine Protéine-Kinases (STPKs) chez cette bactérie. Bien que la quasi-totalité des STPKs aient été biochimiquement caractérisées, très peu de substrats endogènes ont pu être identifiés. Par conséquent, le rôle physiologique de ces couples kinase/substrat reste à élucider. Tout d’abord, les études réalisées au cours de ce travail ont concerné la caractérisation biochimique de la protéine-kinase PknL, ainsi que l’identification de ses substrats potentiels, et notamment la protéine Rv2175c. En effet, l’analyse de l’environnement génétique du gène pknL de la kinase a révélé la présence du gène adjacent rv2175c, pouvant ainsi représenter un substrat éventuel de PknL. Les différentes approches mises en oeuvre ont permis d’identifier cinq sites de phosphorylation sur PknL, et de mettre en évidence le caractère essentiel des résidus K48, T173 et T175 dans les mécanismes d’autophosphorylation de PknL et de phosphorylation de Rv2175c, confirmant ainsi Rv2175c comme substrat spécifique de PknL. Par ailleurs, la caractérisation par RMN de la structure de Rv2175c a permis de déterminer la fonction de cette protéine. Rv2175c possède toutes les caractéristiques structurales d’une protéine capable de fixer l’ADN. Des études fonctionnelles ont permis de confirmer la capacité de Rv2175c de fixer l'ADN et ont mis en évidence le mécanisme de régulation via phosphorylation régissant son activité de fixation. Ensuite, nous avons mis en évidence la phosphorylation des protéines chaperonnes mycobactériennes et, plus particulièrement, caractérisé GroEL1. Nous avons démontré que GroEL1 était phosphorylée par PknF, et identifié les résidus T25 et T54 comme étant les sites de phosphorylation de GroEL1. L’ensemble de cette étude nous a donc permis de caractériser de nouveaux substrats de phosphorylation chez M. tuberculosis, de mieux appréhender les interactions kinase/substrat et d’impliquer la phosphorylation dans la régulation de l’activité de ces substrats / Analysis of the genome sequence of Mycobacterium tuberculosis predicted the presence of eleven Serine / Threonine Protein-Kinases (STPKs). Although most kinases have been investigated for their physiological roles, little information is available regarding how STPK-dependent phosphorylation regulates the activity of kinase substrates. As a result, the physiological role of these kinase / substrate couples remains to be clarified. During the course of this work, we first characterized a substrate/kinase pair, PknL/Rv2175c. Moreover, pknL (rv2176) is adjacent to rv2175c, a gene encoding a putative DNA-binding transcriptional regulator. We demonstrated that PknL can recruit and phosphorylate Rv2175c and that phosphorylation of Rv2175c was dependent on a specific phosphorylated residue located within the activation loop of PknL. However, although Rv2175c harbours a DNAbinding domain carrying a helix-turn-helix (HTH) motif, it shares only weak similarity to transcriptional regulatory proteins. Therefore, to provide further evidence for the function of Rv2175c, we have solved the soluble NMR structure of Rv2175c. In addition, we confirmed by gel shift mobility assays that Rv2175c was indeed able to bind DNA. More importantly, we identified Thr9 as the unique phosphorylation site in Rv2175c, and demonstrated that phosphorylation of Rv2175c strongly altered its DNA-binding activity. In addition, although mycobacterial GroEL1 proteins have been extensively studied, no data were available with respect to their potential post-translational modifications. We reported here, for the first time, phosphorylation of the M. tuberculosis GroEL1 chaperone. We demonstrated that M. tb GroEL1 is phosphorylated by PknF at two positions, Thr25 and Thr54. Unexpectedly, Mycobacterium smegmatis GroEL1 is not a substrate of its cognate PknF. This study showed that the phosphorylation profile of conserved proteins is species dependent and provides insights that may explain the numerous biological functions of these important proteins

La capacité d'adaptation des bactéries à leur environnement repose, entre autres choses, sur des mécanismes de transduction du signal. Ces mécanismes leur permettent de percevoir la nature et les modifications du milieu dans lequel elles évoluent et d'adapter en conséquence leur métabolisme et leur physiologie. L'un de ces mécanismes identifié chez les procaryotes repose sur un processus de régulation impliquant, suite à un stimulus extérieur, une modification réversible des protéines au niveau de résidus séryles et thréonyles par phosphorylation via les sérine/thréonine protéine-kinases (STPK). Chez les bactéries pathogènes, notamment Mycobacterium tuberculosis et Staphylococcus aureus, les STPKs sont impliquées dans la régulation du métabolisme central, de la division cellulaire, de la composition de la paroi et de la virulence. Mes travaux de thèse ont eu pour objectif d'approfondir les connaissances sur la régulation post-traductionnelle des protéines via les STPKs chez ces deux pathogènes humains. Nous avons ainsi identifié de nouveaux substrats des STPKs chez M. tuberculosis et S. aureus et caractérisé l'effet de la phosphorylation sur l'activité de ces substrats. L'ensemble de mes travaux de thèse met en avant le rôle important de la régulation par les STPKs de voies métaboliques diverses chez ces deux pathogènes. / To overcome the stressful conditions imposed during host infections, pathogens have evolved various protective and offensive responses that could be achieved through cascades of phosphorylation. Many of the encountered external stimuli are transduced via sensor kinases embeded within the bacterial membrane, allowing the pathogen to adapt and survive in hostile environments. In addition to the classical two-component systems, Staphylococcus aureus and Mycobacterium tuberculosis possess eukaryotic-like Serine/Threonine Protein-Kinases (STPK). It is becoming clear that in these two human pathogens, many of the STPKs are involved in the regulation of metabolic processes, division, cell wall composition, virulence, etc. Therefore, signalling through STPK phosphorylation has recently emerged as a key regulatory mechanism in pathogenic bacteria. Thus, to investigate the mechanisms of STPK-dependent regulation in M. tuberculosis and S. aureus, we identified and characterized novel endogenous phosphorylated substrates, and analyzed the impact of phosphorylation on their specific activity. Overall, the results presented herein emphasize the important role of STPK-dependent mechanisms in various metabolic pathways in these two pathogens.