Contrôle du cycle cellulaire par les muropeptidases de type NlpC/P60 chez Lactobacillus plantarum

Abstract

The cell wall is an essential structure for the life of most bacterial species. Peptidoglycan (PG) is one of the major compounds of the cell wall. It is composed of glycan strands linked together by peptide side chains. Two types of enzymes are required for PG biosynthesis. Penicillin binding proteins (PBPs) insert the new material in the pre-existing structure. Concomitantly, peptidoglycan hydrolases (PGHs) cleave the PG meshwork to allow the insertion of this new material. Growth of rod-shaped bacteria requires that these two key processes occurred properly. First, bacteria elongate and second, they divide to produce two daughter cells of equal size and composition. Dedicated PBPs and PGHs are involved in these two cell-cycle pathways. In L. plantarum that is used as model in this work, 12 PGHs were previously identified. Members belonging to the four families of enzymatic activities are found. In this work, we studied the role of NlpC/P60 endopeptidases in the cell cycle. This family contains four enzymes: LytA, LytB, LytC and LytD. LytA and LytB are modular enzymes composed of two accessory domains (LysM and AST) in addition of their catalytic domain. LytC and LytD have only one accessory domain of unknown function associated to their catalytic domain. First, we assigned a potential function to each enzyme by simple and double gene inactivation. LytA is implicated in cell elongation and septum positioning. LytB is involved in the spatio-temporal regulation of cell division. LytC and LytD are potential PG recycling enzymes. Second, we studied LytA and LytB in more details. Indeed, these two enzymes have similar modular organizations with LysM and AST domains. However, these accessory domains could not be exchange without affecting the efficiency of the enzyme. This indicates that accessory domains followed a co-evolution to give specific functions to LytA and LytB. Third, we inactivate key proteins of the cell cycle. By phenotypic comparison, we conclude that LytB could be controlled by a FtsEX-like complex. Moreover, the comparison of the phenotype of LytA inactivation with those of MreB1 and PBP2b confirmed the implication of LytA in the elongation process. Further work will consist in the identification of interactions between cell cycle proteins and LytA or LytB using co-localization and co-purifications experiments.La paroi est indispensable à la vie de la majorité des bactéries. Celle-ci est composée principalement de peptidoglycane (PG) qui forme une structure tridimensionnelle contenant de brins de glycanes pontées entre eux par des chaines peptidiques latérales. Deux types d’enzymes agissent sur cette structure afin de lui permettre de grandir lors de la croissance de la cellule bactérienne tout au long de deux processus essentiels : la division et l’élongation. Les synthases du PG ou penicillin binding proteins (PBPs) intègrent le nouveau matériel dans le réseau de PG tandis que les hydrolases du PG (PGHs) coupent dans la structure préexistante afin de faciliter l’insertion du nouveau matériel. Chez L. plantarum, utilisé comme modèle dans ce travail, 12 PGHs ont été identifiées parmi lesquelles, quatre endopeptidases de type NlpC/P60, LytA, LytB, LytC et LytD qui font l’objet de ce travail. Par une approche d’inactivation génique, une fonction potentielle pour chaque endopeptidase a été déterminée. LytA est impliquée dans le processus d’élongation et de positionnement du septum. LytB participe à la régulation spatio-temporelle de la division. LytC et LytD sont quant à elles des enzymes potentiellement impliquées dans le recyclage du PG. LytA et LytB sont deux enzymes modulaires comprenant en plus de leur domaine catalytique de type NlpC/P60 un domaine AST non organisé et un domaine LysM de liaison au PG. La complémentarité et la co-évolution de ces domaines pour assurer la spécificité de fonction de chaque enzyme a été mise en évidence grâce à l’utilisation de protéines hybrides. L’inactivation de différents acteurs-clef du cycle cellulaire a confirmé la participation de LytA dans l’élongation. De plus, LytB pourrait être contrôlé par un homologue de FtsEX. L’étude des interactions de ces protéines sera nécessaire pour confirmer les rôles de LytA et LytB.(SC - Sciences) -- UCL, 201