Pseudomonas aeruginosa, une bactérie à Gram négatif responsable d'infections nosocomiales, possède de nombreux facteurs de virulence lui permettant d'infecter ses hôtes. En particulier, le Système de Sécrétion de Type III (SST3) lui permet d'injecter des effecteurs directement dans le cytoplasme de la cellule cible eucaryote. Durant cette thèse, deux protéines du SST3 de P. aeruginosa ont été étudiées : l'ATPase PscN et la protéine ExsB. Plusieurs approches ont été utilisées afin d'étudier l'ATPase PscN, indispensable à l'activité du SST3. Des mutations ponctuelles réalisées dans PscN conduisent à des souches de P. aeruginosa non cytotoxiques, et cet effet est dominant négatif. Une autre approche a permis l'obtention de fractions partiellement purifiées de l'ATPase PscN active, sous forme de grands complexes visualisés en microscopie électronique. Ces fractions contiennent également d'autres protéines du SST3, qui pourraient être des partenaires de PscN. La protéine ExsB a été caractérisée pour la première fois. Après avoir vérifié son expression chez P. aeruginosa, son association à la membrane externe de la bactérie a été démontrée. Son rôle a ensuite été étudié par une analyse du phénotype d'une souche de P. aeruginosa dépourvue du gène exsB. Nous n'avons pas identifié d'activité de ExsB dans la régulation du SST3. Après avoir constaté l'implication de ExsB dans la virulence de la bactérie dans des modèles d'infections aiguës chez les animaux, son rôle dans l'activité du SST3 a été établi. Nous avons enfin pu montrer que ExsB a une activité de pilotine, car elle participe à l'assemblage de la sécrétine, le composant de la membrane externe du SST3. / Pseudomonas aeruginosa, a Gram negative bacterium responsible for nosocomial infections, exhibits numerous virulence factors to infect its hosts. In particular, the Type III Secretion System (T3SS) allows the injection of effectors directly into the host cell cytoplasm. This work focuses on the study of two proteins from the T3SS of P. aeruginosa: the ATPase PscN and the ExsB protein. Several approaches were used to study the ATPase PscN, an enzyme essential for T3SS activity. Site-directed mutations, made on PscN, lead to non cytotoxic strains, and this effect is dominant negative. Another approach allowed the partial purification of active PscN, visualized as large complexes by electron microscopy. These partially purified samples also contain other T3SS proteins, which could interact with PscN. The ExsB protein was characterized for the first time. After checking its expression in P. aeruginosa, its association with the outer membrane was shown. The phenotypic analysis of a strain lacking exsB gene gave insights into the role of this protein. We did not identified any function of ExsB in the T3SS regulation. After showing the involvement of ExsB in the bacterial virulence during acute animal infections, ExsB role in T3SS activity was established. Finally, we showed that ExsB has a pilotin activity as it participates in the assembly of the secretin, the outer membrane component of T3SS.

L'objectif de cette thèse est de contribuer à faire progresser les connaissances sur les interactions bénéfiques entre les plantes et les microorganismes en évaluant la contribution des systèmes de sécrétion de type III (SST3). Une synthèse des connaissances disponibles relatives aux SST3 chez les Pseudomonas non pathogènes, saprotrophes ou mutualistes, présentée chapitre I, montre que les SST3 ne sont pas cantonnés aux interactions parasites ou pathogènes avec les plantes. Dans l’étude expérimentale présentée chapitre II, nous avons utilisé différents génotypes de Medicago truncatula Gaertn. cv. Jemalong capables (Myc+) ou non (Myc-) d’établir une symbiose mycorhizienne. Ce travail nous a permis de montrer que les Pseudomonas spp. fluorescents possédant un SST3 (SST3+) sont préférentiellement associés aux racines mycorhizées des génotypes Myc+ de M. truncatula (J5 et TRV48) plutôt qu’aux racines du mutant Myc- (TRV25) et au sol nu. Ainsi, la plante seule n’est pas à l’origine de la présence accrue des Pseudomonas SST3+. La colonisation de la racine par les champignons mycorhizogènes à arbuscules (CMA), le développement du mycélium intraradiculaire et/ou la formation associée d’arbuscules, sont également déterminants. Dans l’étude présentée chapitre III, nous avons comparé les effets de la souche modèle promotrice de mycorhization (MHB) P. fluorescens C7R12 (SST3+) et de son mutant C7SM7 (SST3-), sur la mycorhization et la croissance de M. truncatula dans un sol non stérile. Ce travail a permis de montrer que le SST3 de C7R12 contribue à l’effet MHB de la bactérie. La promotion de la colonisation de la racine de M. truncatula par les CMA indigènes induite par le SST3 de C7R12 s’est traduite par une amélioration de la croissance de la plante. En revanche, l’inactivation du SST3 chez C7SM7 a eu un impact délétère sur la colonisation de la racine de M. truncatula par les CMA du sol étudié et sur la croissance de la plante. L’observation d’effets quantitatifs opposés entre C7R12 et C7SM7, nous a conduits à nous interroger sur l’existence d’un effet différentiel de l’inoculation de ces bactéries sur la structure et la diversité des communautés des microorganismes associés. Dans une étude présentée chapitre IV, le suivi dynamique en parallèle de la structure des communautés totales bactériennes (B-RISA) et fongiques (F-RISA) et de la colonisation de la racine par les CMA a été réalisée. Aucun effet de l’inoculation n’a été observé sur la structure des communautés fongiques de la rhizosphère ou des racines. En revanche, la structure des communautés bactériennes a varié selon que les plantes aient été inoculées ou non et selon la souche inoculée. Néanmoins, ces différences ont été observées plusieurs semaines après les effets de l’inoculation de C7R12 ou de C7SM7 sur la colonisation de la racine par les CMA. Ce décalage dans le temps, suggère que les différences observées dans la structure des communautés bactériennes pourraient être une conséquence plutôt qu’une cause des variations observées sur la mycorhization de M. truncatula. Nos résultats n’ont pas permis de mettre en évidence d’effets de l’inoculation sur la diversité des populations des bactéries fixatrices d’azote présentes dans les nodosités de M. truncatula. L’analyse des séquences de la grande sous-unité de l’ADN ribosomique (LSU rDNA) amplifiées à partir d’ADN extrait des racines, a montré pour les plantes inoculées et non inoculées, que les populations de CMA étaient majoritairement apparentées à Glomus intraradices. Un groupe d’isolats spécifiquement associé aux racines inoculées avec C7R12 et apparenté à G. claroideum a été décrit. Le groupe spécifique pourrait être associé à l’amélioration de la mycorhization observée dans les racines inoculées avec C7R12. Néanmoins, compte tenu de sa faible représentation numérique (8%), il semble probable que l’inoculation de C7R12 ait aussi un effet quantitatif sur la colonisation de la racine de M. truncatula par les CMA. etc / No abstract

Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) est une bactérie phytopathogène responsable de la bactériose vasculaire du riz, maladie pouvant engendrer de fortes pertes de rendement à travers le monde. La course à l'armement entre la bactérie et sa plante hôte correspond d'une part à la mise en place de la virulence par le microorganisme et d'autre part en la résistance du végétal face à l'agression. Comprendre les mécanismes par lesquels Xoo accompli son cycle infectieux est d'une importance cruciale pour le développement futur de nouvelle méthode de luttes. Plusieurs approches complémentaires ont été mises en uvre afin de caractériser des éléments associés au pouvoir pathogène de Xoo.Dans un premier temps nous avons effectué une analyse protéomique comparative. Cette approche a permis l'identification chez une souche Africaine de Xoo d'un jeu de protéines induites par HrpX et susceptibles de jouer un rôle dans la virulence. Dans un second temps, l'implication de deux peptides dans la virulence Xoo a été étudiée. Le premier de ces peptides, supposé être le facteur d'avirulenceAvrXa21, a fait l'objet d'une caractérisation fonctionnelle et phylogénique. Le second peptide est synthétisé par un cluster NRPS, similaire à l'un de ceux présent chez Xanthomonas albilineans. Afin d'élucider l'importance de la molécule synthétisée par cette voie pour Xoo, une étude préliminaire impliquant la mutation d'un élément régulateur des NRPS a été effectuée. En dernier lieu, des informations nouvelles ont été apportées sur la topologie de la protéine membranaire HrcR qui est une composante essentielle du système de sécrétion de type III chez la plupart des bactéries appartenant au genre Xanthomonas. / Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) is the agent of bacterial leaf blight BLB in rice, a disease which causes considerable yield losses throughout the world. In the arms race underlying the interactions between the microorganism and the host, the presence of virulence factors in the former parallels that of resistance factors in the latter. Understanding the mechanisms of Xoo's infectious cycle is of paramount importance for the elaboration of new fighting strategies to combat BLB. To achieve this, several complementary approaches to characterize components of Xoo's pathogenicity have been employed.First, we performed comparative proteomics that allowed us to identify novel HrpX-induced candidate pathogenicity factors of an African Xoo strain. Second, the involvement of two peptides in Xoo's pathogenicity has been investigated. One was speculated to be the avirulence factor AvrXa21 and has been characterized both functionally and phylogenetically. The other one was found to be synthesized by a Non-Ribosomal Peptide Synthetase (NRPS), reminescent to NRPS genes found in Xanthomonas albilineans. In order to determine the role of NRPS-mediated synthesis in Xoo virulence, we studied a strain carrying a mutated regulatory gene of the NRPS pathway. Finally, we provide new information on the topology of the HrcR membrane protein which is a conserved component of the type III secretion system of most Xanthomonas.

Les bactéries du genre Shigella sont responsables de la shigellose, une maladie diarrhéique invasive du colon. L’entrée et la dissémination de Shigella à travers l’épithélium colique sont médiées par un système de sécrétion de type III (SST3) codé par un plasmide de virulence. Au sein de ce plasmide se trouve une région de 30-kb comportant les gènes impliqués dans l’entrée de la bactérie dans les cellules hôtes. Ces gènes sont regroupés en deux loci :le locus ipa-ipg qui code pour les protéines sécrétées et leurs chaperons ainsi que le locus mxi-spa codant pour les composants de l’appareil de sécrétion de type III (AST3), constitué d’un bulbe cytoplasmique, d’un corps basal transmembranaire et d’une aiguille se projetant au niveau extracellulaire. Ce système permet la sécrétion ordonnée et hiérarchique de différentes classes de protéines et la translocation de certaines d’entre elles (appelées effecteurs) dans le cytoplasme de la cellule hôte où elles interfèrent avec les voies de signalisation cellulaires. Avant le contact avec la cellule hôte, l’AST3 est inactif et verrouillé par les protéines IpaB et IpaD formant le complexe d’extrémité.<p>Chez Shigella, le gatekeeper MxiC séquestre les effecteurs au niveau du cytoplasme bactérien avant la transmission par l’aiguille du signal d’activation de la sécrétion mais les composants intermédiaires liant l’aiguille à MxiC restaient inconnus. Au cours de ce travail, nous avons montré que MxiC forme un complexe avec la sous-unité de la tige interne, MxiI, afin de bloquer l’entrée du canal de sécrétion et que cette interaction est conservée chez Yersinia et Salmonella. Nous démontrons que, suite au contact cellulaire, la dissociation de ce complexe facilite le switch de sécrétion des translocateurs aux effecteurs. Nos résultats révèlent également que MxiC est capable de s’associer au chaperon IpgC afin de réguler la sécrétion des translocateurs. De plus, nous avons identifié les domaines de MxiC engagés dans la régulation du SST3 et rapporté un nouveau rôle de MxiC dans l’échappement aux macrophage impliquant une possible inhibition de la voie apoptotique classique afin de promouvoir une pyroptose. Chez Shigella, IpaD gouverne la composition du complexe d’extrémité et est impliqué dans la régulation de la sécrétion. Nous avons développé une étude phénotypique de ses régions coiled-coil et centrale et montré que la composition du complexe d’extrémité permet de définir à la fois l’état d’inductibilité de l’AST3 et la sécrétion des effecteurs tardifs. Par ailleurs, notre étude fonctionnelle des domaines de MxiC et IpaD suggère que les capacités de Shigella à échapper au macrophage et à insérer un pore de translocation ne sont pas strictement couplées. <p>La dernière partie de ce travail s’est focalisée sur la caractérisation de la protéine Spa13 de Shigella. Nous avons découvert que le défaut de sécrétion du mutant spa13 est dû à l’instabilité de la sous-unité MxiH de l’aiguille et que Spa13 n’est pas sécrété par le SST3. Nos résultats indiquent également un rôle de Spa13 dans l’escorte de chaperons et l’activation de l’appareil d’exportation afin de promouvoir la sécrétion des substrats./Shigella is the causative agent of shigellosis, also known as bacillary dysentery, an invasive disease of the human colonic epithelium. During infection, Shigella uses a type III secretion system (T3SS) to penetrate enterocytes and to disseminate into the colonic epithelium, leading to destruction of the mucosal lining and shigellosis symptoms. Most of the virulence factors of Shigella are encoded by a large plasmid harboring a 30-kb region that is sufficient to promote bacterial entry into host cells. This entry region is organized in two loci, one corresponding to the the ipa-ipg genes encoding the secreted proteins and their cognate chaperones while the other encodes Mxi-Spa proteins that form the type III secretion apparatus (T3SA), consisting of a cytoplasmic bulb, a basal body spanning the bacterial envelope and a hollow needle. The T3SS allows the ordered and hierarchical secretion of effectors by inserting a translocation pore in the host cell membrane through which effector proteins are injected into the cytosol. Before host cell contact, the T3SA is inactive and plugged by the tip complex proteins IpaB and IpaD. <p>In Shigella, the gatekeeper MxiC is known to sequester effectors within the cytoplasm prior to receiving the activation signal from the needle but the molecules involved in linking the needle and MxiC are unknown. We demonstrated that MxiC and the predicted inner-rod component MxiI form a complex plugging the T3SA entry gate and showed that this interaction is conserved in Yersinia and Salmonella. Dissociation of this complex seems to facilitate the switch in secretion from translocators to effectors upon host cell contact. Our results also revealed that MxiC binds to the chaperone IpgC to regulate translocators secretion. Moreover, we identified the domains of MxiC involved in the T3S regulation and reported a new role in macrophage escape by potential inhibition of the classical apoptosis to promote pro-inflammatory pyroptosis. <p>In Shigella, IpaD rules the composition of the tip complex and is involved in secretion control and translocon insertion. We therefore undertook a phenotypic analysis of its coiled-coil and central regions and showed that the composition of the tip complex defines both the T3SA inducibility state and late effectors secretion. Besides, our functional study on MxiC and IpaD domains suggests that Shigella abilities to escape macrophage vacuole and to insert the translocation pore are uncoupled.<p>The last part of this work is related to the characterization of the Spa13 protein of Shigella. We found that the secretion defect of the spa13 mutant is due to the instability of the needle component MxiH and that Spa13 is not a secreted substrat. Our results also support a dual role of Spa13 as a chaperone escort and as an export gate-activator switch to promote substrates secretion. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La bactérie phytopathogène E. amylovora, est l'agent responsable du Feu bactérien des Spiraeoideae (pommier, poirier, pyracantha), une maladie caractérisée par l'apparition de symptômes nécrotiques des tissus infectés. Le pouvoir pathogène d’E. amylovora repose entre autre sur un système de sécrétion de type III (SSTT) qui permet la sécrétion et l'injection d'effecteurs dans la cellule hôte végétale. Parmi les protéines injectées par le T3SS d'E. amylovora, DspA est essentielle au pouvoir pathogène de la bactérie puisqu’un mutant dspA est non pathogène sur plante (Gaudriault et al., 1997). Le rôle de DspA est dual, d’une part, l’expression de dspA est suffisante pour provoquer des symptômes nécrotiques sur plante et une toxicité chez la levure, d’autre part, DspA est impliquée dans la suppression des réactions de défense telles que la déposition de callose (Degrave et al., 2008; Boureau et al., 2006; Oh et al., 2007; DebRoy et al., 2004). DspA appartient à la famille des effecteurs AvrE qui sont répandus chez les bactéries phytopathogènes et semblent posséder une fonction similaire. Cependant, peu de connaissance existe sur la structure ainsi que la fonction de DspA. L'objectif de ce travail de thèse était de déterminer les domaines ou motifs importants pour la fonction de DspA. Pour cela nous avons choisi d'effectuer une analyse in silico et fonctionnelle de la protéine DspA. L'analyse in silico révèle la présence d'un domaine bêta-propeller au sein de la protéine DspA ainsi que de tous les homologues analysés. De plus, l'analyse fonctionnelle indique que ce domaine est important pour la structure et la fonction de DspA. Dans un second temps, j'ai étudié le mécanisme d'action de DspA dans la levure Saccharomyces cerevisiae. J'ai pu mettre en évidence que l'expression de dspA chez la levure induit un arrêt de croissance et une forte altération du trafic cellulaire. L'étude de mutants de levure suppresseurs de la toxicité de DspA, effectuée avant mon arrivée au laboratoire, montre que les suppresseurs les plus forts sont affectés dans la voie de biosynthèse des sphingolipides, je me suis donc plus particulièrement intéressée au rôle des sphingolipides dans la toxicité générée par DspA. Nos résultats montrent que DspA inhibe la biosynthèse des sphingolipides indirectement via les régulateurs négatifs de la voie, les protéines Orms. / Erwinia amylovora is the causative agent of fire blight of Spiraeoideae (apple, pear, pyracantha), a disease characterized by the apparition of necrotic symptoms on infected tissues. The pathogenicity of E. amylovora relies on a functional type III secretion system (T3SS) that allows secretion and injection of effector proteins into the host plant cell. Among these effector proteins injected by the T3SS of E. amylovora, DspA is essential to the bacteria disease process since a dspA mutant is nonpathogenic on plants (Gaudriault et al., 1997). DspA has a dual role; on the one hand dspA expression is sufficient to induce cell death on plants and toxicity on yeast, on the other hand, DspA is involved on suppression of defense reactions like callose deposition (Degrave et al., 2008; Boureau et al., 2006; Oh et al., 2007; DebRoy et al., 2004). DspA belongs to the AvrE familly of type III effectors which are widespread on phytopathogenic bacteria and likely possess a similar function. However, the structure and function of DspA remain unknown. In the first part of my thesis, I attempted to characterize domains or motifs important for the function of DspA. We performed an in silico and a functional analysis of the DspA protein. In silico analysis predicted a bêta-propeller domain in DspA and all the analysed effectors. In the second part of my thesis, I analysed the mechanism of function of DspA in the yeast Saccharomyces cerevisiae. Results showed that expression of dspA in yeast inhibits cell growth and alters the actin cytoskeleton and endocytosis. Screening of the Euroscarf library for mutants resistant to DspA induced toxicity revealed that mutants impaired in the sphingolipid biosynthetic pathway are the best suppressors. Based on this results, I attempted to determine the role of sphingolipids in the toxicity induced by DspA. Results showed that DspA inhibits indirectly the sphingolipid biosynthetic pathway via the negative regulators, Orm proteins.