Mechanisms of iron acquisition in Bacillus cereus : roles of IlsA, the Isd system and the siderophores in iron assimilation from heme and ferritin
Mécanismes d’acquisition du fer chez Bacillus cereus : rôles d’IlsA, du système Isd et des sidérophores dans l’assimilation du fer à partir de l’hème et de la ferritine
Résumé
In host-pathogen interactions, the struggle for iron may have major consequences on the outcome of the disease. To overcome the limited iron bioavailability in the host, bacteria have developed several strategies to acquire iron during infection. In the human opportunistic bacteria Bacillus cereus, a particular NEAT-LRR domain protein named IlsA (Iron-regulated leucine rich surface protein) was previously identified as a surface protein involved in iron acquisition from both hemoproteins and ferritin. In this study, we characterized the function of IlsA and the IlsA-NEAT domain and their involvement in heme and hemoglobin binding. Our results show that IlsA binds heme via the NEAT domain with a 1:1 stoichiometry and that this domain is able to extract heme from hemoglobin. Furthermore, the dynamic interplay between IlsA and the B.cereus Isd system (Iron surface determinant) involved in heme acquisition in other Gram-positive bacteria has been investigated. Following direct protein-protein interaction, we observe a heme transfer from holo-IlsA to apo-IsdC.The molecular basis of iron assimilation from host-ferritin by pathogens remains largely unknown. Here, we show that IlsA interacts directly with several forms of ferritins, causing ferritin aggregation on the bacterial surface, leading to an increase in iron release from the ferritin nanocages. In addition, the binding stoichiometry of 24 IlsA for 1 ferritin evidence an interaction between IlsA and each subunit of the ferritin shell. Finally, a B. cereus strain disrupted in bacillibactin production was markedly affected both in ferritin acquisition and in virulence in an insect model, suggesting a possible partnership between siderophores and IlsA in iron uptake from ferritin. Globally, this study highlights the interplay between surface proteins and siderophores and provides new insight into host adaptation of B. cereus.Key words: Iron, Bacillus cereus, IlsA, NEAT, IsdC, heme, hemoglobin, ferritins, siderophore.
Au cours des interactions hôte-pathogène, la lutte pour le fer peut conditionner l'évolution de l'infection. Afin de s'adapter à la faible quantité de fer libre présente chez l'hôte, les bactéries ont développé diverses stratégies leur permettant d'acquérir cet élément vital. Chez Bacillus cereus, une bactérie pathogène opportuniste de l'homme, la protéine IlsA (Iron-regulated leucine rich surface protein), qui contient entre autres des domaines NEAT et LRR, a été identifiée. Il s'agit d'une protéine de surface impliquée dans l'acquisition du fer des hémoprotéines et de la ferritine. Dans un premier temps, nous avons caractérisé la fonction d'IlsA et de son domaine NEAT ainsi que leur implication dans la liaison à l'hème et l'hémoglobine. Nos résultats indiquent qu'IlsA capte l'hème via son domaine NEAT avec une stœchiométrie 1:1 et que ce domaine est capable d'extraire l'hème de l'hémoglobine. Par ailleurs, l'interaction entre IlsA et IsdC, une des protéines du système Isd (Iron surface determinant) décrit chez d'autres bactéries à Gram-positif, a été analysée. Suite à un contact direct entre ces deux protéines, nous avons démontré que l'hème était transféré d'holo-IlsA vers apo-IsdC. Dans un second temps, nous avons étudié les mécanismes permettant l'assimilation du fer à partir de la ferritine. Nous avons ainsi montré qu'IlsA pouvait interagir avec plusieurs types de ferritine avec une stœchiométrie de 24 molécules d'IlsA pour une ferritine. Ceci suggère qu'IlsA se lie à chaque sous-unité de la ferritine. De plus, en présence de sidérophores, cette interaction conduit à une augmentation de la libération du fer contenu dans la ferritine. Finalement, une souche de B. cereus qui ne produit plus de bacillibactine, un des deux sidérophores synthétisés par cette bactérie, n'est plus capable d'utiliser la ferritine comme source de fer pour sa croissance. De plus, sa virulence chez l'insecte est atténuée. Ces données indiquent qu'IlsA et la bacillibactine sont toutes les deux impliquées dans l'acquisition du fer de la ferritine. Ces travaux mettent donc en évidence l'interaction qui existe entre IlsA et les protéines de surface d'une part et les sidérophores d'autre part. Ils apportent également de nouveaux éléments permettant de mieux comprendre les mécanismes d'adaptation mis en œuvre chez l'hôte par B. cereus.Mots clés : Fer, Bacillus cereus, IlsA, NEAT, IsdC, hème, hémoglobine, ferritine, sidérophore.
Origine : Version validée par le jury (STAR)