Study of involvement of oxidized proteins repair in resistance of reactive chlorine species in Salmonella Typhimurium

Abstract

Lors d’une infection, les cellules immunitaires génèrent un stress oxydant afin de tuer les pathogènes. Les neutrophiles ont la particularité de générer des espèces réactives du chlore (ERC) hautement oxydantes tel que l’acide hypochloreux ou la N-Chlorotaurine (N-ChT). Ces agents oxydants ciblent principalement les protéines dont l’oxydation est délétère pour les organismes. Le contrôle de l’homéostasie rédox du protéome est donc un processus cellulaire essentiel pour les pathogènes. Mon projet de thèse a consisté à étudier l’implication d’un des systèmes gérant l’état rédox des protéines, les méthionines sulfoxydes réductases (Msr), dans le pouvoir infectieux du pathogène Salmonella Typhimurium. Tout d'abord, j’ai effectué la caractérisation biochimique de MsrP ayant la particularité d’être périplasmique. Ces travaux ont permis de lister de manière exhaustive les activités Msr présentes chez Salmonella. Ainsi, j’ai pu étudier l’implication de l’ensemble des Msr dans la résistance au stress oxydant. Mes résultats ont montré leur importance dans la résistance aux ERC et notamment celle de MsrP dans la protection de Salmonella à la N-ChT. Ensuite, la caractérisation de la régulation du gène msrP a permis de montrer que son expression est sous le contrôle du système Cpx, impliqué dans la réponse aux stress de l’enveloppe. De plus, j’ai montré que le système Cpx permet de détecter la N-ChT et ainsi de promouvoir la réparation des protéines périplasmiques. Enfin, j’ai mis en évidence que la N-ChT enclenche la réponse Cpx en altérant les lipoprotéines. Ainsi, mes travaux établissent un lien direct entre le stress oxydant et le stress de l’enveloppe chez Salmonella Typhimurium.Bacterial infection triggers oxidative stress production by immune cells leading to pathogen cell death. Neutrophils take advantage of a specific enzyme - the myeloperoxidase - to generate highly oxidizing reactive chlorine species (RCS) such as hypochlorous acid or N-Chlorotaurine (N-ChT). These oxidants mainly target proteins whose oxidation is deleterious to organisms. The control of the redox homeostasis of the proteome is therefore an essential cellular process for pathogens. My thesis project consisted in studying the involvement of one of the systems managing the redox state of proteins, the methionine sulphoxide reductases (Msr), in the pathogenicity of Salmonella Typhimurium. Previously, four Msr were characterized in Salmonella. At first, I carried out the biochemical characterization of a fifth Msr, MsrP, having the particularity of being periplasmic. This work provided an exhaustive list of the Msr activity in Salmonella. I therefore studied the involvement of all Msr in resistance to oxidative stress. My results showed their importance in resistance to RCS and in particular that MsrP is involved in the protection of Salmonella to N-ChT. Then, the characterization of the msrP gene regulation showed that its expression is under the control of the Cpx system, involved in the envelope stress response. Furthermore, I showed that Salmonella uses the Cpx system to detect N-ChT and promotes the repair of periplasmic oxidized proteins. Finally, I demonstrated that N-ChT triggers the Cpx response by altering lipoprotein. Thus, my work establishes a direct link between oxidative stress and the envelope stress response in Salmonella Typhimurium