Functional analysis of the N-deacetylases of Clostridium difficile

Abstract

Clostridium difficile est une bactérie anaérobie sporulante responsable de 15 à 25% des diarrhées post-antibiotiques. Les N-déacétylases sont largement distribuées parmi les bactéries à Gram positif et elles sont impliquées dans différentes fonctions de surface. L'analyse du génome de C. difficile montre que 13 gènes codent pour des N-déacétylases potentielles, et nous avons caractérisé l’ensemble de ces N-déacétylases.Le peptidoglycane de la cellule végétative de C. difficile est N-déacétylé sur 93% des glucosamines, et cette modification participe à la résistance de la bactérie au lysozyme, un composant majeur de l’immunité innée. Nous avons identifié les N-déacétylases PgdA, PgdB et PdaV responsables de cette N-déacétylation, et nous avons évalué leur impact au sein de la virulence de C. difficile. Nous avons également défini le rôle de deux N-déacétylases NagA dans le recyclage du peptidoglycane.Le peptidoglycane de la spore, ou cortex, a été analysé lors de ce travail et sa structure chez C. difficile est atypique par rapport au cortex décrit pour d’autres espèces bactériennes. Nous avons défini les N-déacétylases responsables de la N-déacétylation de la glucosamine du cortex. Nous avons également caractérisé les deux N-déacétylases PdaA1 et PdaA2 responsables de la synthèse des δ-lactames, une modification spécifique du cortex, ainsi que leur influence dans la virulence de C. difficile. Dans ce cadre, nous avons montré que les δ-lactames ont un rôle physiologique plus large pour C. difficile que chez Bacillus subtilis. De plus, nous avons identifié deux N-déacétylases potentiellement impliquées dans la synthèse de ce cortex.À travers ces résultats, ce travail apporte de nouvelles connaissances dans le rôle des N-déacétylases bactériennes.Clostridium difficile is an anaerobic and spore-forming bacteria responsible for 15 to 25% of post-antibiotic diarrhea. N-deacetylases are largely distributed among Gram positive bacteria and are involved in many surface processes. C. difficile genome analysis showed that 13 genes potentially encode N-deacetylases. In this work, we have characterized all of these enzymes.The vegetative cell peptidoglycan of C. difficile is deacetylated on 93% its glucosamine, and this modification is involved in the resistance of C. difficile against lysozyme, a major component of the innate immunity. We identified the N-deacetylases PgdA, PgdB and PdaV responsible for this N-deacetylation, and we assessed their impact on C. difficile virulence. The role of two N-deacetylases involved in peptidoglycan recycling has also been assessed.The spore peptidoglycan, known as the cortex, has also been characterized during this work, and its structure is atypical in C. difficile compared to other bacterial species. We showed that N-deacetylation of the glucosamine is present in the cortex peptidoglycan, and we identified the N-deacetylases responsible for this modification. Additionally, we characterized the N-deacetylases PdaA1 and PdaA2 responsible for the synthesis of muramic-δ-lactams, a cortex specific modification, as well as their impact on C. difficile virulence. In his context, we determined that muramic-δ-lactams have a broader role in C. difficile compared to their role in Bacillus subtilis. Moreover, two N-deacetylases involved in cortex synthesis have been identified.This work adds a contribution in the knowledge of the roles of bacterial N-deacetylases