Soutenance de thèse de Lisa Zuily

01/10/2021 - 09:30 - George Morin
Lisa ZUILY,

Impact du cuivre sur la protéostasie et rôle des chaperons moléculaires chez Escherichia coli

Composition du jury :

M. Jean-Yves MATROULE Professeur, Université de Namur, (Rapporteur)
Mme Sophie RAHUEL-CLERMONT Directrice de recherche, Université de Lorraine, (Rapportrice)
Mme Marie-Pierre CASTANIE-CORNET Maître de conférence, Université de Toulouse, (Examinatrice)
M. Vincent LEBRUN Chargé de recherche, Institut de chimie de Strasbourg, (Examinateur)
Mme Marie-Thérèse GIUDICI-ORTICONI Directrice de Recherche, CNRS, Marseille (Invitée)
Jean-Philippe DOS SANTOS Directeur technique et scientifique de HTS BIO, Marseille (Invité)
Mme Marianne ILBERT Chargée de recherche, CNRS, Marseille, (Directrice de thèse)

Résumé

Le cuivre (Cu) est un cofacteur essentiel pour de nombreuses enzymes impliquées dans des fonctions cellulaires variées. Pourtant, en excès, ce dernier devient rapidement toxique pour la cellule. Le cuivre est connu pour ses puissantes propriétés antimicrobiennes et antivirales et le ou les mécanismes moléculaires sous-jacents qui contribuent à sa toxicité ont souvent été liés à la production de ROS et/ou à une mismétallation des métalloprotéines conduisant à leur inactivation. Dans cette étude nous avons démontré que le cuivre, in vivo, induisait une agrégation massive des protéines chez Escherichia coli cultivée dans des conditions anaérobies. De plus, nous observons que les protéines sensibles au Cu+ possèdent un plus grand nombre de résidus de types cystéine et histidine, la liaison non spécifique de ce métal à ces résidus engendreraient des modifications structurales entrainant l’aggrégation protéique. Nos travaux ont donc permis d’observer un fort impact du cuivre sur la protéostasie, résultat qui a été confirmé par des travaux réalisés sur les protéines chaperons, gardiennes de l’intégrité cellulaire. En effet, nous avons montré que certaines protéines chaperons sont nécessaires à la survie d’E. coli en condition de stress cuivre. D’autre part, nous avons décrypté in vitro le fonctionnement de la chaperon redox régulée Hsp33 lors d’un stress cuivre. En effet, contrairement au mécanisme d’activation connu de Hsp33 médié par la formation de liaisons disulfure; en condition de stress Cu+ en anaérobie, Hsp33 est activé via un nouveau mécanisme incluant un événement de trans-métallation zinc/cuivre entièrement réversible. Dans l’ensemble, nos travaux permettent une meilleur compréhension du mécanisme de toxicité du Cu+ dans des conditions anaérobies et ouvrent de nouvelles perspectives sur les mécanismes de défense mis en place par les bactéries.

Abstract

Copper (Cu) is an essential cofactor for many enzymes involved in various cellular functions. However, in excess, it becomes toxic to the cell. Copper is well known for its antimicrobial and antiviral properties. The underlying molecular mechanism(s) that contribute to its toxicity have often been related to ROS production and/or metalloproteins mismetallation. In this study we have shown that copper, in vivo, induces massive protein aggregation in E. coli grown under anaerobic conditions. In addition, we observed that Cu+ sensitive proteins have a higher number of cysteine and histidine, copper non-specific binding to these residues migth induce structural modifications ending into proteins aggregates. Our work demonstrated the impact of copper on proteostasis, a result confirmed by work that we carried on molecular chaperones, guardians of cellular integrity. Indeed, we have also shown that some molecular chaperones are necessary for the survival of E. coli under copper stress. We have also deciphered in vitro the function of the regulated redox chaperone Hsp33 during copper stress. Indeed, in contrast with previously known regulatory mechanism mediated by the formation of disulfide bonds; in presence of Cu+ under anaerobic conditions, Hsp33 is activated via an entirely new mechanism involving a fully reversible zinc/copper trans-metallation event. Overall, our work provides a better understanding of the mechanism of Cu+ toxicity under anaerobic conditions and opens up new perspectives on the defense mechanisms implemented by bacteria.



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