Soutenance de thèse de Bouchra ATTIA

Ecole Doctorale
Sciences de la Vie et de la Santé
Spécialité
Biologie-Santé: Biochimie structurale
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
Motilité aventurière,Myxococcus xanthus,complexe d'adhésion focal,interaction protéine-protéine,RMN structurale,Motilité bactérienne de glissement
Keywords
adventurous motility,Myxococcus xanthus,focal adhesion complex,protein-protein interaction,structural NMR,bacterial gliding motility
Titre de thèse
Régulation de l'assemblage des complexes d'adhésion focale au cours de la motilité aventurière de Myxococcus xanthus
Regulation of focal adhesion complex assembly during the adventurous motility of Myxococcus xanthus
Date
Jeudi 1 Décembre 2022 à 14:00
Adresse
31, Chemin Joseph Aiguier 13009 Marseille
Amphithéatre Desnuelles
Jury
Directeur de these Mme Latifa ELANTAK CNRS UMR7255
Rapporteur Mme Nadia IZADI-PRUNEYRE Institut Pasteur
Rapporteur Mme Françoise JACOB-DUBUISSON CNRS UMR9017 - Inserm U1019
Examinateur Mme Carine VAN HEIJENOORT ICSN-CNRS Bât. 27
Examinateur M. Vladimir PELICIC CNRS UMR7283
Examinateur M. Eric CASCALES CNRS UMR7255

Résumé de la thèse

La motilité cellulaire est au cœur de tous les systèmes biologiques, des bactéries aux animaux, permettant des réponses adaptatives et un développement multicellulaire. Chez la bactérie Myxococcus xanthus, les cellules individuelles sont capables de se déplacer par glissement en utilisant la motilité dite aventurière leur permettant d'explorer de nouveaux endroits et d'envahir les colonies de proies. Cette motilité dépend de l'assemblage de complexes d'adhésion focale bactériens (bFACs) qui sont des machines macromoléculaires reliant le cytosquelette intracellulaire au substrat extracellulaire. Les bFACs sont composés (i) d'une plateforme cytoplasmique constituée des protéines MglA-GTP et AglZ, (ii) d'un moteur moléculaire (Agl) énergisant (iii) un complexe multiprotéique Glt (GltA à GltK) traversant l'ensemble de la membrane bactérienne. Le bFAC s'assemble au pôle avant de la cellule et se déplace dans la direction du pôle arrière de la cellule, en se fixant au substrat, il permet ainsi de propulser la cellule selon un mouvement directionnel. À ce jour, il n'existe aucune investigation structurale des interactions protéiques dans le système Agl-Glt qui fournirait une compréhension moléculaire de la fonction des protéines Glt dans ce système de motilité. Ici, nous avons identifié la région cytoplasmique N-terminale de la protéine GltJ (GltJ-Nterm) comme élémentaire pour l'assemblage et la régulation des bFAC. GltJ-Nterm contient deux domaines, ZnR et GYF, reliés par un Linker désordonné. En utilisant la spectroscopie RMN, nous avons résolu les structures des domaines ZnR et GYF. Ensuite, nous avons mis en évidence des interactions directes de GltJ-Nterm avec MglA-GTP et AglZ, démontrant ainsi que GltJ connecte la machinerie Agl-Glt à la plate-forme cytoplasmique dans les bFAC. Fait important, nous avons identifié une interaction intramoléculaire entre le domaine ZnR et une région du Linker et nous avons constaté que l’interaction de MglA-GTP libère ZnR du Linker. Cette transition de GltJ-Nterm entre deux conformations, ZnR lié et ZnR libre, fonctionne à la manière d’un switch moléculaire permettant à ZnR de recruter une autre protéine, MglB, nécessaire à l'hydrolyse du GTP par MglA. Enfin, la microscopie TIRF, qui permet le suivi spatio-temporel des bFAC, a montré que ces interactions entraînent non seulement l'assemblage des bFAC, mais sont également essentielles pour le désassemblage et donc la régulation des bFAC.

Thesis resume

Cell motility is central to all biological systems, from bacteria to animals, allowing adaptative responses and multicellular development. In the bacterium Myxococcus xanthus, single cells glide using the adventurous motility allowing them to explore new places and invade prey colonies. This motility is dependent on the assembly of bacterial focal adhesion complexes (bFACs) which are macromolecular machines linking the intracellular cytoskeleton to the extracellular substrate. bFACs are composed of (i) a cytoplasmic platform consisting of the MglA-GTP and AglZ proteins, (ii) a molecular motor (Agl) energizing (iii) a multiprotein Glt complex (GltA to GltK) crossing the entire bacterial membrane. bFAC assembles at the leading pole of the cell and moves in the direction of the lagging cell pole, attaching to the substrate thus powering the cell directional movement. To date, there is no structural exploration of protein interactions in the Agl-Glt system that would provide a molecular understanding of Glt proteins function in this motility system. Here, we identified the N-terminal cytoplasmic region of GltJ (GltJ-Nterm) as crucial for bFACs assembly and regulation. GltJ-Nterm contains two domains, ZnR and GYF, connected by a disordered linker. Using NMR spectroscopy, we solved ZnR and GYF structures. Then, we demonstrated direct interactions of GltJ-Nterm with MglA-GTP and AglZ, thus evidencing that GltJ connects Agl-Glt machinery to the cytoplasmic platform in bFACs. Importantly, we identified an intramolecular interaction between ZnR and the linker region and we found that binding of MglA-GTP releases ZnR from the linker. This transition of GltJ-Nterm between two conformations, ZnR bound and ZnR free, works as a molecular switch enabling ZnR to recruit another protein, MglB, necessary for the hydrolysis of GTP by MglA. Finally, TIRF Microscopy assay, that allows bFACs spatio-temporal tracking, showed that these interactions not only drive bFACs assembly but are also essential for bFACs disassembly and thus regulation.