Thèse Rôle de la protéine associée au nucléoïde Fis dans le

N° d’ordre : 2007-ISAL-0116 Année 2007
Thèse
Rôle de la protéine associée au nucléoïde Fis
dans le contrôle de la virulence
chez la bactérie phytopathogène Erwinia chrysanthemi.
présentée devant
L’Institut National des Sciences Appliquées de Lyon
pour obtenir
le grade de Docteur
Ecole doctorale : Evolution, Ecosystème, Microbiologie, Modélisation
Spécialité : Microbiologie
par
Thomas LAUTIER
Soutenue publiquement le jeudi 20 décembre 2007 devant la Commission d’examen
JURY
Mr Carlos BLANCO, Professeur à l’Université de Rennes I, Rapporteur
Mr Claude GUTIERREZ, Professeur à l’Université Toulouse III, Rapporteur
Mr Hafid ABAIBOU, Responsable Senior R&D, Biomérieux, Examinateur
Mr Philippe LEJEUNE, Professeur à l’INSA de Lyon, Examinateur
Mme Marie-Andrée MANDRAND-BERTHELOT, Directeur de Recherche CNRS, Examinateur
Mr William NASSER, Directeur de Recherche CNRS, Directeur de thèse
1

2

INSA Direction de la Recherche - Ecoles Doctorales 2007
SIGLE ECOLE DOCTORALE
NOM ET COORDONNEES DU RESPONSABLE
CHIMIE
CHIMIE DE LYON
http://sakura.cpe.fr/ED206
M. Jean Marc LANCELIN
Insa : R. GOURDON
M. Jean Marc LANCELIN
Université Claude Bernard Lyon 1
Bât CPE
43 bd du 11 novembre 1918
69622 VILLEURBANNE Cedex
Tél : [phone] Fax :
[email protected]
E.E.A.
ELECTRONIQUE, ELECTROTECHNIQUE,
AUTOMATIQUE
http://www.insa-lyon.fr/eea
M. Alain NICOLAS
Insa : D. BARBIER
[email protected]
Secrétariat : M. LABOUNE
AM. 64.43 – Fax : 64.54
M. Alain NICOLAS
Ecole Centrale de Lyon
Bâtiment H9
36 avenue Guy de Collongue
69134 ECULLY
Tél : [phone] Fax : [phone]
[e-mail]
Secrétariat : M.C. HAVGOUDOUKIAN
E2M2
EVOLUTION, ECOSYSTEME,
MICROBIOLOGIE, MODELISATION
http://biomserv.univ-lyon1.fr/E2M2
M. Jean-Pierre FLANDROIS
INSA : H. CHARLES
M. Jean-Pierre FLANDROIS
CNRS UMR 5558
Université Claude Bernard Lyon 1
Bât G. Mendel
43 bd du 11 novembre 1918
69622 VILLEURBANNE Cédex
Tél : [phone] Fax [phone]
06 07 53 89 13
[email protected]
EDIIS
INFORMATIQUE ET INFORMATION
POUR LA SOCIETE
http://ediis.univ-lyon1.fr
M. Alain MILLE
Secrétariat : I. BUISSON
M. Alain MILLE
Université Claude Bernard Lyon 1
LIRIS - EDIIS
Bâtiment Nautibus
43 bd du 11 novembre 1918
69622 VILLEURBANNE Cedex
Tél : [phone] Fax [phone]
[e-mail] - [email protected]
EDISS
INTERDISCIPLINAIRE SCIENCES-SANTE
M. Didier REVEL
Insa : M. LAGARDE
M. Didier REVEL
Hôpital Cardiologique de Lyon
Bâtiment Central
28 Avenue Doyen Lépine
69500 BRON
Tél : [phone] Fax :
[e-mail]
MATERIAUX DE LYON
M. Jean Marc PELLETIER
Secrétariat : C. BERNAVON
83.85
M. Jean Marc PELLETIER
INSA de Lyon
MATEIS
Bâtiment Blaise Pascal
7 avenue Jean Capelle
69621 VILLEURBANNE Cédex
Tél : [phone] Fax [phone]
Jean-marc.Pelle[email protected]
Math IF
MATHEMATIQUES ET INFORMATIQUE
FONDAMENTALE
M. Pascal KOIRAN
Insa : G. BAYADA
M.Pascal KOIRAN
Ecole Normale Supérieure de Lyon
46 allée d’Italie
69364 LYON Cédex 07
Tél : [phone] Fax : [phone]
[email protected]
Secrétariat : Fatine Latif - [e-mail]
MEGA
MECANIQUE, ENERGETIQUE, GENIE
CIVIL, ACOUSTIQUE
M. Jean Louis GUYADER
Secrétariat : M. LABOUNE
PM : 71.70 –Fax : 87.12
M. Jean Louis GUYADER
INSA de Lyon
Laboratoire de Vibrations et Acoustique
Bâtiment Antoine de Saint Exupéry
25 bis avenue Jean Capelle
69621 VILLEURBANNE Cedex
Tél :[phone] Fax : [phone]
[email protected]
SSED
SCIENCES DES SOCIETES, DE
L’ENVIRONNEMENT ET DU DROIT
Mme Claude-Isabelle BRELOT
Insa : J.Y. TOUSSAINT
Mme Claude-Isabelle BRELOT
Université Lyon 2
86 rue Pasteur
69365 LYON Cedex 07
Tél : [phone] Fax : [phone]
Claude-isabelle[email protected]
3

SOMMAIRE
Remerciements _____________________________________________________________6
Liste des figures et tableaux___________________________________________________8
Abréviations ______________________________________________________________11
Résumé __________________________________________________________________14
Summary_________________________________________________________________15
INTRODUCTION BIBLIOGRAPHIQUE ______________________________________16
I Les interactions hôte-pathogène___________________________________________ 16
IA Définir un pathogène ____________________________________________________________ 16
IB Les facteurs de virulence : acteurs moléculaires de la pathogénie__________________________ 19
I.B.1 Les facteurs de virulence précoces _____________________________________________ 21
I.B.1.1 La mobilité __________________________________________________________ 21
I.B.1.2 L’adhérence _________________________________________________________ 24
I.B.1.2.a Les adhésines ______________________________________________________ 24
I.B.1.2.b Les lipopolysaccharides ______________________________________________ 25
I.B.1.2.c Les exopolysaccharides_______________________________________________ 27
I.B.1.2.d Les flagelles _______________________________________________________ 27
I.B.1.3 Les harpines _________________________________________________________ 27
I.B.2 Les facteurs de propagation __________________________________________________ 28
I.B.2.1 Les enzymes dégradatives des bactéries pathogènes des animaux ________________ 28
I.B.2.2 Les enzymes dégradatives des bactéries phytopathogènes ______________________ 29
I.B.2.3 Les toxines __________________________________________________________ 30
I.B.2.3.a Exotoxines_________________________________________________________ 30
I.B.2.3.b Endotoxines _______________________________________________________ 31
IC Résistance aux systèmes de défenses de l’hôte ________________________________________ 32
I.C.1 Défenses des animaux ______________________________________________________ 32
I.C.2 Réactions de défenses des plantes _____________________________________________ 32
I.C.2.1 La réaction hypersensible, induite par le stress oxydant________________________ 32
I.C.2.2 Les systèmes de défenses contre le stress oxydant ____________________________ 35
ID Conclusion sur les intéractions hôte-pathogène ________________________________________ 37
II Régulation de l’expression génique chez les procaryotes_______________________ 37
IIA Au niveau de l’initiation de la transcription ________________________________________ 37
II.A.1 L’ARN polymérase est l’élément central de la transcription _________________________ 37
II.A.1.1 L’enzyme core, la partie catalytique de l’ARN polymerase _____________________ 38
II.A.1.2 La région promotrice : à la fois structurée et modulaire ________________________ 39
II.A.1.3 Les étapes de l’initiation de la transcription _________________________________ 41
II.A.2 La régulation de l’initiation de la transcription ___________________________________ 44
II.A.2.1 Les acteurs __________________________________________________________ 44
II.A.2.1.a Les facteurs sigma : acteurs de la reconnaissance des promoteurs _____________ 44
II.A.2.1.a.i La sous-unité sigma (σ)__________________________________________ 44
II.A.2.1.a.ii Les facteurs σ impliqués dans la transcription des gènes de virulence ______ 45
II.A.2.1.a.iii Régulation de l’activité des facteurs sigma __________________________ 47
II.A.2.1.b Les petits ligands___________________________________________________ 47
II.A.2.1.c Les facteurs de transcription __________________________________________ 48
II.A.2.1.c.i Les activateurs _________________________________________________ 49
II.A.2.1.c.ii Les répresseurs ________________________________________________ 51
II.A.3 La chromatine bactérienne a une organisation dynamique___________________________ 53
II.A.3.1 Les « Nucleoid Associated Proteins » (NAP)________________________________ 56
II.A.3.1.a Les principales NAP impliquées dans la régulation de la virulence ____________ 59
II.A.3.1.a.i H-NS_________________________________________________________ 59
II.A.3.1.a.ii Fis __________________________________________________________ 61
II.A.3.1.a.iii IHF _________________________________________________________ 62
II.A.3.1.a.iv HU _________________________________________________________ 62
4

II.A.4 Dynamique de régulation ____________________________________________________ 63
II.A.4.1 Un régulateur spécifique couplé à un régulateur général _______________________ 63
II.A.4.2 Connexion entre régulateurs : réseau de régulation génétique ___________________ 67
II.A.4.3 La régulation de la synthèse des facteurs de virulence est un processus complexe. ___ 68
IIB Autres mécanismes de la régulation de la synthèse protéique chez les procaryotes __________ 68
III Erwinia chrysanthemi, une bactérie phytopathogène _________________________ 71
IIIA Taxonomie des Erwiniae_______________________________________________________ 71
IIIB Distribution géographique______________________________________________________ 72
IIIC Le pouvoir pathogène d’E. chrysanthemi __________________________________________ 74
III.C.1 Un pouvoir pathogène multifactoriel_________________________________________ 75
III.C.1.1 La paroi végétale et la pectine____________________________________________ 77
III.C.1.2 Les pectinases, facteurs de virulence majeurs chez E. chrysanthemi ______________ 78
III.C.1.2.a Les pectine estérases________________________________________________ 80
III.C.1.2.b Les dépolymérases _________________________________________________ 81
III.C.1.2.c Les endo-pectate lyases : déterminantes dans le pouvoir pathogène ___________ 82
III.C.1.2.d Organisation génétique des pectinases __________________________________ 84
IIID Régulation de la dégradation de la pectine chez Erwinia chrysanthemi ___________________ 85
III.D.1 Inductions par les composés végétaux________________________________________ 85
III.D.1.1 Le répresseur KdgR ___________________________________________________ 85
III.D.1.2 Le régulateur Pir ______________________________________________________ 87
III.D.2 La répression catabolique _________________________________________________ 87
III.D.3 Régulation par diverses conditions physico-chimiques___________________________ 88
III.D.3.1 Osmolarité___________________________________________________________ 88
III.D.3.2 Température _________________________________________________________ 89
III.D.3.3 pH _________________________________________________________________ 89
III.D.3.4 Carence en fer ________________________________________________________ 89
III.D.3.5 Carence en oxygène et en azote __________________________________________ 90
III.D.4 Les régulateurs répondant à des signaux encore inconnus_________________________ 90
III.D.4.1 PecS _______________________________________________________________ 91
III.D.4.2 PecT _______________________________________________________________ 91
III.D.4.3 H-NS_______________________________________________________________ 92
III.D.5 Régulation en fonction de la phase de croissance _______________________________ 92
III.D.5.1 Sigma S_____________________________________________________________ 92
III.D.5.2 Régulation par la densité cellulaire : le quorum sensing________________________ 93
III.D.6 Modulation de l’expression des gènes de régulateurs : réseau______________________ 94
Objectifs de l’étude_________________________________________________________97
RESULTATS _____________________________________________________________98
I 1 ARTICLE: La protéine associée au nucléoïde Fis coordonne l’expression des
principaux gènes de virulence de la bactérie phytopathogène Erwinia chrysanthemi.
er
_____ 98
II 2 ARTICLE : Intégration de deux signaux essentiels modulant la virulence au
niveau des promoteurs des gènes pel d’Erwinia chrysanthemi : un rôle pour Fis dans la
régulation par le phase de croissance.
eme
____________________________________________ 132
III Résultats non publiés : intégration de Fis dans le réseau de régulation des gènes pel. _
_____________________________________________________________________ 166
CONCLUSION ET PERSPECTIVES ________________________________________174
Références bibliographiques ________________________________________________181
5