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Etude des réseaux d'interactions protéiques impliqués dans le trafic du nickel et de l'ammoniac et de leurs rôles dans la virulence chez Helicobacter pylori

By Julien Gallaud

Abstract

Helicobacter pyori is the only known bacterium that persistently colonizes the human stomach. Long-term infection of the gastric mucosa causes various pathologies such as peptic ulcers and adenocarcinoma. To resist acid stress encountered in its niche, H. pylori has an emergency response based on the activity of urease, an abundant and very active enzyme that synthesizes ammonia. Upon acid exposure, ammonia allows H. pylori to maintain a neutral pH in its cytoplasm.Urease and another enzyme essential for colonization, the [NiFe] hydrogenase, have a catalytic center coordinated with nickel. Because of the abundance of these two proteins and their functional importance, large amounts of nickel need to be acquired by H. pylori to establish colonization.During this PhD, we have investigated the protein interaction networks involved in the trafficking of ammonia and of nickel in H. pylori and analyzed their role in virulence. To survive, H. pylori needs to import nickel and insert it properly into the two nickel enzymes. In addition, this metal needs to be stored to prevent deleterious effects. We have studied the role of two histidine-rich proteins, Hpn and Hpn-2. We showed that these proteins interact each other and are involved in storage of nickel and control of its homeostasis. In addition, we found that they act as regulators of urease activity and are required for colonization of the animal model.We also characterized two unique systems of periplasmic hydrolysis of asparagine and glutamine that produce ammonia. These enzymes are coupled with the transport of their products, aspartate and glutamate. These deamidase/transporter couples are essential for colonization and play a role in H. pylori pathogenicity.Urease, the deamidases and other enzymes involved in the glutamine and asparagine metabolism are responsible for important ammonia production by H. pylori. Using the bacterial two-hybrid system, we found interactions between enzymes that produce ammonia and enzymes that utilize ammonia as a substrate. We propose the existence of a metabolic channeling of ammonia that functions to optimize its bioavailability and the activity of the corresponding enzymes.Our results unraveled the existence of protein interactions that optimize ammonia and nickel fluxes, two elements that are essential for H. pylori virulence.Helicobacter pylori est la seule bactérie capable de coloniser de façon persistante l’estomac humain. L’infection au long cours au contact de la muqueuse gastrique provoque diverses pathologies gastriques comme les ulcères gastroduodénaux et les cancers gastriques. Pour résister au stress acide rencontré dans sa niche, H. pylori possède une réponse d’urgence qui dépend de l’uréase. Cette enzyme abondante et très active, est responsable d’une forte production d’ammoniac. En conditions acides, l’ammoniac permet à H. pylori le maintien d’un pH neutre dans son cytoplasme.L’uréase et une autre enzyme essentielle à la colonisation, l’hydrogénase à [NiFe], possèdent des centres catalytiques à nickel. De par l’abondance de ces deux protéines, ainsi que leur importance fonctionnelle, de grandes quantités de nickel sont nécessaires à H. pylori pour établir une colonisation durable.Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux réseaux d’interactions protéiques impliquées dans le trafic de l’ammoniac et du nickel chez H. pylori et à leurs rôles dans la pathogenèse. Pour survivre, H. pylori doit importer du nickel puis l’insérer correctement au sein des deux enzymes à nickel. De plus, ce métal doit être stocké pour éviter les effets délétères qu’il peut occasionner. Nous avons étudié le rôle de deux protéines riches en histidine, Hpn et Hpn-2. Nous avons montré que ces protéines interagissent entre elles, interviennent dans le maintien de l’homéostasie et du stockage du nickel et agissent comme régulateurs de l’activité uréasique. De plus, ces deux protéines sont essentielles à la colonisation du modèle animal.Parallèlement, nous avons caractérisé deux systèmes uniques d’hydrolyse périplasmique de l’asparagine et de la glutamine associés à la production d’ammoniac. Ces enzymes sont couplées à un import de leurs produits, l’aspartate et le glutamate dans la cellule. Ces couples déamidases/transporteurs sont essentiels à la colonisation et jouent un rôle dans la pathogénicité de H. pylori.L’uréase, les déamidases et d’autres enzymes participant au métabolisme de la glutamine et de l’asparagine sont responsables d’une importante production d’ammoniac par H. pylori. En utilisant le double hybride bactérien, des interactions entre des enzymes productrices d’ammoniac chez H. pylori et des enzymes qui l’utilisent comme substrat ont été mises en évidence. Nous proposons l’existence d’un channeling métabolique de l’ammoniac permettant d’optimiser la biodisponibilité de cette molécule et l’activité des enzymes correspondantes. Nos résultats ont révélé l’existence d’interactions protéiques qui optimisent les flux d’ammoniac et de nickel, des éléments essentiels à la virulence de H. pylori

Topics: Helicobacter pylori, Proteins role, Proteins of unknown function, Proteins network, ammonia, nickel, metal trafficking, Hydrogenase, urease, protéines, réseaux, ammoniac, virulence, trafic des métaux, MESH : Helicobacter pylori, [ SDV.MP.BAC ] Life Sciences [q-bio]/Microbiology and Parasitology/Bacteriology, [ SDV.BBM.BC ] Life Sciences [q-bio]/Biochemistry, Molecular Biology/Biomolecules [q-bio.BM], [ SDV.BBM.BM ] Life Sciences [q-bio]/Biochemistry, Molecular Biology/Molecular biology, [ SDV.BBM.MN ] Life Sciences [q-bio]/Biochemistry, Molecular Biology/Molecular Networks [q-bio.MN]
Publisher: HAL CCSD
Year: 2012
OAI identifier: oai:HAL:tel-01175673v1
Provided by: Hal-Diderot

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