L'excision de la méthionine N-terminale (NME) est la première modification se produisant au N-terminal des protéines (NPM). Les peptides déformylases (PDF) sont les enzymes impliquées dans ce processus co-traductionnel essentiel et conservé. Les PDFs suppriment le groupe formyle lié à la méthionine initiatrice (iMet) présente au début de toutes les chaînes procaryotes naissantes. Les PDFs agissent au niveau du tunnel de sortie des ribosomes, plaque tournante de nombreux facteurs de biogénèse des protéines associées aux ribosomes (PRB), impliqués non seulement sur les MNP, mais également dans le repliement et la translocation des protéines. La déformylation N-terminale implique 95% du protéome bactérien et contribue directement à la stabilité des protéines. Le récent séquençage à haut débit de milliers de génomes a révolutionné notre perception de la distribution des PDFs dans les différents règnes, révélant des PDFs putatives dans tous les organismes, y compris les virus. En particulier, les études concernant les virus présents dans les échantillons microbiens océaniques ont permis d’identifier des gènes inhabituels de PDF chez les phages, constituant la famille la plus abondante de protéines auxiliaires conservées de ces génomes. La comparaison des séquences identifiées révèle que les PDF virales présentent une forte conservation des trois motifs constituant le site catalytique. Cependant, ces PDFs virales ne présentent pas d'extension C-terminale, région réputée importante des PDFs des autres organismes. Sachant que cette extension est impliquée dans la liaison de la PDF d’E. coli au ribosome et est requise pour son activité déformylase in vivo, il était incertain que les PDFs de phage découvertes avaient une activité déformylase classique. Ainsi, la découverte de ces PDFs virales soulève un certain nombre de questions parmi lesquelles: a) Ces PDFs virales présentent-elles une activité déformylase classique? b) Ces PDFs sont-elles capables de se lier aux ribosomes ? c) Pourquoi autant de virus portent-ils une ou plusieurs déformylases ? Dans ce contexte, l’objectif de ma thèse a été d’entreprendre la caractérisation de ces PDFs de phages marins et en particulier la PDF de Vp16 provenant de bactériophages isolés à l’origine de la souche 16 de Vibrio parahaemolyticus. Nos études révèlent que ces PDFs de phages présentent une activité déformylase à la fois in vitro et in vivo, avec une spécificité de substrat similaire à celle des autres PDFs bactériennes. D'autre part, nous avons montré par des études biochimiques et structurales, combinées à des analyses par mutagenèse dirigée, que les propriétés de la PDF de Vp16 diffèrent significativement de celle des autres PDFs caractérisées précédemment. Il faut aussi noter que l'expression de la PDF Vp16 dans les souches d'E. Coli, même à de faibles concentrations, montre un effet bactéricide marqué à une température inférieure à 37 °C. L’effet bactéricide de la PDF Vp16 est indépendant de la présence de la PDF endogène bactérienne et repose strictement sur son activité déformylase. La caractérisation de ce phénotype a révélé que la létalité induite par Vp16 PDF montrait un lien génétique fort avec des gènes codants pour des facteurs cellulaires impliqués dans le ciblage et le repliement précoce des protéines (Trigger Factor et Sec). Contrairement à ce qui a été montré pour les PDFs bactériennes, Vp16 PDF a une forte affinité pour le ribosome bactérien d’E. coli en cours de traduction, interagissant avec une région ribosomale chevauchant celles des facteurs impliqués dans le transit des protéines vers les voies de sécrétion. Une compétition au niveau du ribosome entre Vp16 PDF et ces RPBs pourrait contribuer à la lyse cellulaire de l’hôte. Mon travail suggère un nouveau mécanisme utilisé par les bactériophages permettant de contrôler la viabilité de l'hôte. / N-terminal Methionine Excision (NME) is the first occurring N-terminal Protein Modification (NPMs). Peptide deformylases (PDFs) are the enzymes involved in this essential and conserved co-translational process. PDFs remove the formyl group bound to the iMet present at the beginning of all prokaryotic nascent chains. PDFs act on the nascent chain at the level of the ribosome exit tunnel, a central hub for a number of Ribosome-associated Protein Biogenesis factors (RPBs) involved not only on NPMs but also in protein folding and translocation. Deformylation involves 95% of bacterial proteome and it is suggested to directly contribute to protein stability. Recent high-throughput sequencing of thousands of genomes has strongly contributed to revolutionizing our perception of the distribution of PDFs among kingdoms, revealing putative PDFs in all organisms, including viruses. In particular, studies of viruses within oceanic microbial samples retrieved unusual PDFs genes as the most abundant family in most of phage genomes. Sequence comparisons reveal that viral PDFs show high conservation in the three motifs that build the catalytic site; however, viral PDFs do not display a C-terminal extension when compared to the different active PDFs from other organisms. Since this C-terminal extension was shown to be important for PDF-ribosome binding and is required for the in vivo deformylase activity of E. coli PDF, it was unclear whether the discovered phage PDFs might support a classical deformylase activity. Thus, the discovery of these viral PDFs raises a number of questions among which: a) Have these viral PDFs a classical deformylase activity? b) Are these PDFs able to still bind to the ribosomes? c) Why so many viruses carry a peptide deformylase? In this context, the objective of my thesis was to undertake the characterization of these marine phage PDFs and particularly Vp16 PDF derived from the bacteriophages originally isolated from Vibrio Parahaemolyticus strain 16. Our studies reveal that phage PDFs display deformylase activity both in vitro and in vivo with a substrate specificity similar to that of other bacterial PDFs. On the other hand, we showed by biochemical and structural data, combined with site-directed mutagenesis analyses, that Vp16 PDF significantly differs from previously characterized PDFs in terms of their properties, which can be related to its few uncommon peculiarities. Interestingly, expression of Vp16 PDF in E. coli strains, even at low concentrations, exhibited a severe bactericidal effect at temperature lower than 37 °C. This bactericidal effect of Vp16 PDF was independent of the presence of the bacterial endogenous PDF and strictly relied on its PDF activity. Characterization of this phenotype revealed that Vp16 PDF-induced lethality showed a strong genetic link with genes encoding cellular factors involved in nascent pre-secretory protein targeting and folding (Trigger Factor and Sec). Differently from bacterial PDF, I could show that Vp16 PDF has strong affinity for ribosomes with a specific nascent chain, interacting with a ribosomal region overlapping that of factors involved in pre-secretory protein targeting. A competition between Vp16 PDF and these RPBs at the level of the ribosome may contribute to the host lysis, revealing a possible new unrecognized mechanism developed by viruses to control host viability.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2019SACLS004 |
| Date | 31 January 2019 |
| Creators | Lavecchia, Francesco |
| Contributors | Université Paris-Saclay (ComUE), Giglione, Carmela |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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