Soutenance de thèse de Shuanghong XUE

Ecole Doctorale
Sciences de la Vie et de la Santé
Spécialité
Biologie-Santé - Spécialité Microbiologie
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
Myxococcus xanthus,exopolysaccharide,Dif,,
Keywords
Myxococcus xanthus,exopolysaccharide,Dif,,
Titre de thèse
Le rôle d'une voie de signalisation bactérienne (Dif) dans l'environnement externe, l'exopolysaccharide (EPS) et la multicellularité dans la bactérie sociale Myxococcus xanthus
The role of a bacterial signalling pathway (Dif) in the external environment, the exopolysaccharide (EPS) and multicellularity in the social bacterium Myxococcus xanthus
Date
Vendredi 24 Septembre 2021
Adresse
CNRS 31 Chemin Joseph Aiguier 13402 Marseille, France
AMPHI Pierre Desnuelle
Jury
Directeur de these Mme Emilia MAURIELLO LCB
Rapporteur M. Alexandre PERSAT EPFL
Examinateur Mme Virginie MOLLE Laboratory of Pathogen Host Interactions
Rapporteur M. Kai THORMANN Institute for Microbiology and Molecular Biology
Examinateur M. Tâm MIGNOT LCB
Examinateur M. Vladimir PELICIC LCB

Résumé de la thèse

L'exopolysaccharide (EPS) est le composant majeur de la matrice extracellulaire et joue un rôle important dans plusieurs fonctions biologiques, telles que l'agrégation cellulaire, la formation de corps fructifères, la protection de l'environnement et la formation de biofilms. Myxococcus xanthus est un bon système modèle pour étudier la biosynthèse de l'EPS car cette bactérie produit au moins trois sucres extracellulaires distincts et parce que, chez M. xanthus, ces macromolécules ont des rôles structurels et fonctionnels dans nombreuses activités multicellulaires. Premièrement, chez M. xanthus, l'EPS est crucial pour la motilité médiée par les pili de type IV (T4P) (twitching). Dans ce type de motilité, l'EPS déposé sur la surface cellulaire ou sur le substrat, sert d'ancrage pour la liaison des T4P et le déclenchement de leur rétraction. La rétraction des T4P permet de tirer les cellules vers l'avant. Dans la première partie de ce travail de thèse, j’ai analysé la localisation subcellulaire des complexes Dif et Wzx/Wzy pour corréler leurs localisations avec leurs fonctions biologiques. D’abord, j’ai effectué des essais par double hybride bactérien (BACTH) pour tester les interactions directes entre EpsW et certains composants du système Wzx/Wzy. En suite, des analyses de localisation subcellulaire ont montré que les complexes Dif et Wzx/Wzy forment des foyers à la périphérie de la cellule, ce qui est cohérent avec leur association avec l'enveloppe cellulaire. Même si les complexes Dif et Wzx/Wzy présentaient des localisations similaires, leurs foyers respectifs occupaient des positions différentes au sein des cellules. De plus, les foyers Dif sont très dynamiques, tandis que les foyers Wzx/Wzy sont statiques. Les tests BACTH n'ont pas révélé d'interactions directes entre EpsW et les protéines du système Wzx/Wzy, indiquant que EpsW pourrait être un facteur intermédiaire dans le réseau de régulation de la synthèse d'EPS. Dans la deuxième partie de ce travail de thèse, j’ai utilisé un criblage génétique pour rechercher les cibles d’EpsW. Le criblage génétique n'a pas révélé de partenaires d’EpsW, mais étonnamment un nouveau type de motilité de type twitching qui ne nécessite pas d'EPS. D'autres analyses que j’ai effectué ont révélé que la motilité de type twitching est médiée par des pilines mineures participant à la fois à l'assemblage du T4P et à son adhésion à des substrats alternatifs. De plus, les criblages ont egalement révélé que les pilines mineures sont régulées transcriptionnellement par le système à deux composants (TCS) HsfBA. J'ai caractérisé cette régulation par EMSA, qRT-PCR et RNA-seq. Dans l'ensemble, dans la première partie de cette thèse, j'ai caractérisé le positionnement cellulaire d'une voie de biosynthèse de l'EPS et de son régulateur chimiosensoriel. Plus tard, ces résultats pourraient contribuer à mieux comprendre comment les signaux environnementaux sont transduits dans la production d'EPS. Au cours de la deuxième partie de ce travail, j'ai mis en lumière certains mécanismes de la motilité de type twitching où deux PilY1 différents sont importants pour l'assemblage des TFP et leur liaison à des substrats extracellulaires alternatifs pour médier le mouvement cellulaire. De plus, l'expression différentielle de ces PilY1s par HsfAB pourrait servir à adapter les propriétés d'adhésion des TFP à l’environnement et aux besoins cellulaires.

Thesis resume

Exopolysaccharide (EPS) is the major component of the extracellular matrix and plays important roles in several biological functions, such as cell aggregation, fruiting body formation, environmental protection and biofilm formation. Myxococcus xanthus is a good model system to study EPS biosynthesis because this bacterium produces at least three distinct extracellular sugars and because, in M. xanthus these macromolecules have structural and functional roles in many multicellular activities. Primarily, in M. xanthus, EPS is crucial for type IV pilus (T4P)-mediated motility (twitching). In this motility, the EPS deposited on the neighboring cell surface or on the substrate, serves as the anchor for T4P binding which then triggers T4P retraction to pull cells forward. Around 20 years ago, it has been discovered that the EPS synthesis in M. xanthus is regulated by a chemotaxis-like system named Dif. Our group has recently shown that the synthesis and secretion of EPS in M. xanthus are mediated by a Wzx/Wzy-dependent pathway. It is also know that the activity of the Wzx/Wzy-dependent pathway is regulated by Dif. However, how Dif transduces the environmental signals to the Wzx/Wzy machinery for EPS biosynthesis is still elusive. The fact that the CheY-like protein EpsW, the most downstream output of the Dif system, is co-transcribed with Wzx/Wzy proteins, leads us to speculate that Dif regulates the Wzx/Wzy machinery through EpsW. During my PhD, I used three approaches to test this hypothesis. In the first part of this thesis work, I analyzed the subcellular localization of Dif and Wzx/Wzy complexes to correlate their localizations with functions. Furthermore, I performed bacterial adenylate cyclase two-hybrid (BACTH) assay to test direct interactions between EpsW and Wzx/Wzy components. Subcellular localization analyses showed that both Dif and Wzx/Wzy complexes form clusters at the cell periphery, consistently with their predicted association with the cell envelop. Even if Dif and Wzx/Wzy complexes showed similar localization patterns, their respective clusters occupied different positions. Moreover, Dif clusters are very dynamic, while Wzx/Wzy clusters are static. BACTH assays did not reveal direct interactions between EpsW and Wzx/Wzy components, indicating that EpsW could be an intermediate factor in the regulation network of EPS synthesis. In the second part of this thesis work, I used a genetic screen to search for EpsW targets. The genetic screen did not reveal EpsW partners, but surprisingly a novel type of twitching motility that does not require EPS. Further characterizations revealed that twitching motility is mediated by minor pilins participating in both type IV pilus assembly and adhesion to alternative substrates. In addition, the suppressor screens revealed that the minor pilins are transcriptionally regulated by the HsfBA two-component system (TCS). I characterized this regulation by EMSA, qRT-PCR and RNA-seq. Taken together, in the first part I characterized the cellular positioning of an EPS biosynthetic pathway and its chemosensory regulator. Later these results might contribute to better understand how environmental signals are transduced into EPS production. During the second part of this work, I put light on some mechanisms of twitching motility where two different PilY1s are important for TFP assembly and binding to alternative extracellular substrates to mediate cell movement. Moreover, the differential expression of these PilY1s by HsfAB might serve to adapt the TFP adhesion properties to the surrounding environment and cell needs.