Les transporteurs de peptides de Staphylococcus aureus
Résumé
In bacteria, peptides are internalized by dedicated transporters and have been shown to play key roles in nutrition, signalling and virulence. Very few information is available on peptide transporters in S. aureus, a major pathogenic bacteria. Then, the systematic analysis of these systems was the main objective of my project. Systematic in silico analysis of 12 different S. aureus genomes revealed the existence of (i) four opp operons (opp1, opp2, opp3 and opp4), (ii) one orphan opp5A gene encoding a putative peptide-binding protein and (iii) a dtpT gene encoding a di- tripeptide permease. With the exception of opp4, all systems were present in each S. aureus strain. Within a single strain, the different opp operons displayed little sequence similarity and distinct genetic organization. To identify both the role and the specificity of these transporters, defined deletion mutants in one or several peptide transporters were constructed. Results showed that among these systems, only Opp3 and DtpT are involved in nitrogen nutrition. They supply the cell with peptides from 3 to 8 amino acids of length and di- tripeptides, respectively. Their function is required for to the optimal growth of the bacteria in milk. In this medium, in addition to provide peptides as nutrients, Opp3 participates to the regulation of two exocellular proteinase-encoding genes, namely ssp and aur. The precise mechanism by which this transporter exerts this latter function remains to be elucidated. Some Gram-positive bacteria use for cell-cell communication short secreted peptides (pheromones), which are imported back by Opp. To evaluate a possible pheromone production by S. aureus, the peptide content of the chemically defined medium was analyzed after microbial growth by mass spectrometry. Results were submitted to a data bank specially designed for short genes detection. This approach made it possible to evidence for the production of 5 uncharacterized peptides. Their biological functions have to be investigated. Finally, as peptide-binding and nickel-binding proteins are not distinguished on the basis of their sequence comparison, we evaluated the ability of one (or several) of the S. aureus Opp systems to transport nickel. The involvement of Opp2 and Opp5A in this function was demonstrated. Our results evidenced for the nutritional role of Opp3 and DtpT. As Opp2 and Opp5A are involved in nickel transport, only the roles of Opp1 and Opp4 remain to be characterized.
Les transporteurs de peptide sont impliqués chez les bactéries dans différentes fonctions comme la nutrition, la communication intercellulaire et la virulence. Peu de données concernant ces systèmes étaient disponibles chez S. aureus, bactérie pathogène majeure. L'analyse systématique de chacun de ses transporteurs constituait mon projet de thèse. L'analyse des 12 génomes de S. aureus séquencés a mis en évidence la présence de 4 opérons opp putatifs (opp1, opp2, opp3 et opp4), d'un gène opp5A isolé, codant une protéine de fixation des peptides potentielle et d'une protéine de transport des di- et tripeptides, DtpT. A l'exception d'opp4, ces transporteurs sont conservés chez toutes les souches de S. aureus. Les systèmes Opp sont, entre eux, assez différents en terme d'homologie de séquence et d'organisation génétique. Afin de déterminer le rôle de chacun de ces transporteurs, des mutants de délétion, simples ou multiples, ont été construits et l'analyse de leurs phénotypes sur plusieurs cribles a été abordée. Seul Opp3 et DtpT apparaissent comme impliqués dans la nutrition azotée. Ils importent respectivement des peptides de 3 à 8 acides aminés et des di- et tripeptides. Leur présence est nécessaire au développement optimal de la bactérie dans le lait. Dans ce milieu, Opp3 joue également un rôle dans la régulation des protéases extracellulaires Ssp et Aur, par un mécanisme qui n'est pas encore élucidé. Chez certaines bactéries, les Opp participent à la communication cellulaire par l'import de phéromones. Pour tester l'existence d'un tel phénomène chez S. aureus, nous avons analysé par spectrométrie de masse, le contenu peptidique d'un surnageant après culture de la bactérie en milieu chimiquement défini. Nos résultats ont été confrontés à une banque de données adaptée à la détection des petits gènes. Cinq peptides sécrétés par la bactérie ont été ainsi, pour la première fois, mis en évidence expérimentalement chez S. aureus. Leur fonction biologique reste à déterminer. Enfin, dans la mesure où sur la base de leur séquence, il est impossible de distinguer les protéines de fixation des peptides de celles qui fixent le nickel, un rôle éventuel des systèmes Opp de S. aureus dans le transport de ce métal a été testé. Nous avons montré qu'Opp2 et Opp5A assuraient cette fonction. Nos résultats mettent en avant le rôle d'Opp3 et DtpT dans la nutrition. L'association d'Opp2 et Opp5A formant un transporteur de nickel, seuls les rôles d'Opp1 et Opp4 restent à élucider.
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