Les polluants atmosphériques de type oxydes d’azote (NOx), principalement constitués du NO, NO2 et leurs dérivés, représentent une énorme menace d’un point de vue environnemental et sanitaire. Leurs propriétés chimiques sont largement exploitées à l’échelle du vivant pour leur rôle dans divers processus de signalisation (systèmes nerveux et cardiovasculaire) ou l’élimination de pathogènes (système immunitaire). Néanmoins, des dérégulations dans la production cellulaire ou l’apport exogène de ces composés est à l’origine de nombreuses pathologies humaines (e.g. pulmonaires), généralement attribuées à la pollution. Toutefois, un grand nombre de microorganismes aéroportés sont continuellement exposés à ces composés délétères, intimement connectés aux espèces réactives de l’oxygène (ROS). Ainsi l’hypothèse de l’ensemble de ce travail a porté sur l’impact du NO2, NOx majoritairement retrouvés dans l’atmosphère, sur une souche aéroportée de P. fluorescens, espèce désormais associée aux voies aériennes et potentiellement pathogène. A l’issue d’une exposition à 45 ppm de NO2, la survie de P. fluorescens MFAF76a est significativement impactée suggérant un effet bactériostatique, conforté par l’impact observé sur le métabolisme énergétique. De plus, le NO2 induit un stress d’enveloppe via la perte d’un glycérophospholipide (UGP) et le remaniement de divers composants membranaires (LPS, peptidoglycane, acides gras). La pompe à efflux MexEF-OprN semblent participer à la stabilisation de la membrane et pourraient être également impliquée dans l’efflux des oxydes d’azotes, mécanismes confortés par l’étude d’un mutant MFAF76a-oprN. La porine majoritaire OprF semble également contribuer à la stabilisation de la membrane externe, néanmoins son implication reste à confirmer. De plus, une interconnexion entre ROS et NOx dans la signalisation (OxyR, IscR), et les mécanismes de détoxification, a été observée. La flavohémoprotéine Hmp semble être un élément crucial dans la détoxification des NOx chez P. fluorescens comme l’illustre un mutant MFAF76a-hmp. Les similitudes importantes entre les effets connus du NO et ceux observés lors d’une exposition au NO2 suggèrent une conversion non enzymatique du NO2, une fois pénétré dans la cellule, en NO. Désormais, une étude plus approfondie est nécessaire afin de décrypter (i) les mécanismes impliqués dans la régulation de la pompe à efflux RND MexEF-OprN et de la flavohémoprotéine Hmp, (ii) d’autres acteurs intervenant dans la réponse au stress d’enveloppe et la détoxification ainsi que (iii) le devenir de NO2 dans la cellule. / Nitrogen oxides (NOx) atmospheric pollutants, mainly constituted of NO, NO2 and derived compounds, are a big threat to the environment and health. Their chemical properties are largely exploited at the cellular scale for their role in diverse physiological processes such as signalisation (nervous and cardiovascular systems) or in pathogens eradication (immunity system).However, dysregulation in production pathways or exogenous input of these compounds lead to several pathologies (e.g. respiratory diseases), usually attributed to atmospheric pollution. However, a wide range of airborne microorganisms are constantly exposed to these deleterious compounds, intimately connected to reactive oxygen species (ROS). Thus, the hypothesis of this work deals with the impact of NO2, the main atmospheric NOx, on an airborne P. fluorescens, a strain usually neglected but yet associated with human airways, and potentially pathogenic. Following an exposure to 45 ppm of NO2, the survival of P. fluorescens MFAF76a is severely impaired, suggesting a bacteriostatic effect, as comforted by NO2 impact on energetic metabolism. Moreover, an exposure to NO2 induces an envelope stress through the loss of an Unknown Glycerophospholipid (UGP) and the reorganisation of membrane constituents (LPS, peptidoglycan, fatty acids). The efflux pump MexEF-OprN is involved in membrane stabilization and could also efflux NOx, as highlighted by a MFAF76a-oprN mutant. The major porin OprF could also contribute in external membrane stabilisation, however its implication is still under investigation. Moreover, ROS and NOx are interconnected as illustrated by their shared signalisation (OxyR, IscR) and detoxification pathways. The flavohemoprotein Hmp is a crucial element in the detoxification of NOx in P. fluorescens as illustrated in an MFAF76a-hmp mutant. The similarities between the known effects of NO and those observed in the case of an exposure to NO2, suggest a non-enzymatic conversion of NO2, following cell penetration, into NO. Henceforth, deeper studies are required to decode (i) the mechanisms involved in the regulation of the RND efflux pump MexEF-OprN and the flavohemoprotein Hmp, (ii) other relevant actor implicated in the envelope stress response and in detoxification pathways as well as (iii) the fate of NO2 within the cell.

Les bactéries sont exposées aux perturbations externes causées par les changements environnementaux ou la présence d’agents antibactériens nocifs. L’enveloppe bactérienne forme une barrière entre le milieu externe et l’intérieur de la cellule et se trouve donc potentiellement exposée aux dommages causées par les perturbations et forme la première ligne de défense pour les bactéries. Pour survivre à ces conditions, les bactéries ont développé des systèmes à deux composantes (TCS) qui détectent et permettent la réponse à ces stress.Bien qu’ils soient associés à la protéine périplasmique ZraP, ZraSR constitue un de ces TCS. La présence de cette protéine accessoire associé au système ZraSR montre une homologie avec le système CpxPAR qui capte un grand nombre de stress d’enveloppe. Le système Zra est activé en présence de zinc et cause l’expression de zraP, zraS et zraR. Les protéines ZraP et ZraR ont été étudiées mais aucun travail n’a encore impliqué l’étude de la protéine membranaire ZraS et son mécanisme d’activation. En effet, l’étude des senseurs de TCS s’est beaucoup focalisée sur la compréhension de la partie cytoplasmique mais très peu sur le domaine périplasmique. Dans le cas du système Zra, il y a encore des interrogations sur l’activation ainsi que la régulation de ce système. Lors de ma thèse j’ai concentré mes recherches sur le domaine périplasmique de ZraS. Nous avons d’abord voulu comprendre comment le zinc active le système Zra mais aussi par quel moyen la protéine ZraP influe sur cette activation par le zinc. Pour cela, la caractérisation biochimique du domaine périplasmique de ZraS a été effectué et l’effet du zinc sur ce domaine a été observé. De ce fait, nous avons aussi tenté de déterminer quels sont les résidus de ce domaine qui permettent la liaison du zinc. Par une approche in vivo et in vitro, nous avons voulu comprendre le rôle régulateur de ZraP sur le système Zra. Ce travail s’inscrit dans l’objectif de mieux comprendre les différents mécanismes d’activation des différents ESR. / Bacteria are exposed to external perturbations due to environmental changes or to the presence of noxious agents. Because the bacterial cell envelope forms the barrier between the inside and the outside of the cell it is highly susceptible to be damaged by these perturbations but it is also the first line of defense. To survive gram-negative bacteria have developed two component systems (TCS) that detect and respond to these envelope stresses.ZraSR is one of these TCS, although it is atypical because associated with ZraP, a periplasmic protein. The presence of an accessory protein associated with ZraSR system shows that it is functionally homologous to the CpxPAR system, a sensor of a variety of envelope stress signals. In presence of zinc, Zra system is activated and allows the expression of zraP, zraS and zraR. The periplasmic protein ZraP and the response regulator ZraR have been studied but the activation of the membrane histidine kinase by zinc has not been studied yet. Indeed, studying of TCS sensors was focused on the understanding of the cytoplasmic domain and less on the periplasmic part.During my thesis, I tried to concentrate my study on the periplasmic domain of ZraS. We first tried to understand how the zinc is activating the Zra system but also how ZraP is regulating this activation. For that purpose, we characterized ZraS periplasmic domain and analyzed the effect of zinc binding on it. Hence, we also tried to identify all of ZraS residues that are coordinating the zinc. By combining in vitro and in vivo assays, we tried to determine ZraP role in the regulation of Zra system. This study could help for the understanding of the mechanisms important for the activation of bacterial stress response systems.