Quorum Sensing chez Brucella melitensis : caractérisation du régulateur transcriptionnel VjbR et de son régulon

(fre) Le Quorum Sensing est un système de communication bactérien permettant à une population de coordonner l'expression de gènes cibles en fonction de sa densité ou des propriétés du milieu (diffusion, flux....). Chez les bactéries à Gram négatif, le Quorum Sensing est basé sur la synthèse et la détection de petites molécules signal appelées N-acyl-homosérine lactones (AHLs). Les régulateurs transcriptionnels de type LuxR sont les médiateurs de ce système de régulation. Lorsque la concentration en AHLs augmente, ces molécules se fixent au domaine N-terminal d'un régulateur LuxR et provoquent des changement conformationnels entraînant une modification de l'activité du régulateur. Un tel système de régulation a été mis en évidence chez la bactérie Gram négative Brucella melitensis. Cette bactérie pathogène intracellulaire synthétise une dodécanoyl-homosérine lactone (C12-HSL) et possède deux régulateurs de type LuxR : VjbR et BabR. VjbR est impliqué dans la virulence de B. melitensis et est indispensable à l'expression de deux facteurs de virulence: le système flagellaire et le système de sécrétion de type IV VirB. Les C12-HSL ont quant à elles un effet répresseur sur ces deux structures membranaires. Durant ce travail, la mutation du domaine Nterminal du régulateur VjbR a permis de démontrer la capacité de VjbR à médier l'effet des C12-HSL sur l'opéron virB. Les souches mutées dans le gène vjbR forment des agrégats en cultures liquides. Nous avons montré que ce phénotype est lié à la production d'un exopolysaccharide, suggérant pour la première fois que Brucella pourrait former des structures de type biofilm. Cette étude a également permis de mettre en évidence un rôle majeur de VjbR dans la régulation de structures de surface puisque ce régulateur est impliqué dans le contrôle de l'expression de nombreuses protéines de membrane externe (Omp). L'utilisation de la technique d'immunoprécipitation chromatinienne (ChIP) a permis de montrer que VjbR régule directement deux de ces Omps ainsi que l'opéron virB. La virulence de Brucella est en partie basée sur sa capacité à dévier le trafic intracellulaire de ses cellules hôtes (phagocytes professionnels et nonprofessionnels) et à s'y multiplier. Lors de son cycle infectieux, Brucella est confrontée à de nombreux stress et environnements différents, suggérant la nécessité d'une régulation génétique fine en réponse à des stimuli environnementaux. Le Quorum Sensing, de par son implication dans la virulence de ce pathogène pourrait être impliqué dans de telles régulations. Afin d'aborder de façon globale le rôle de VjbR et de BabR chez B. melitensis, des études transcriptomique et protéomique des mutants vjbR et babR ont été réalisées. Ces études ont permis de mettre en évidence que le Quorum Sensing chez B. melitensis est un système de régulation global, puisqu'il permet de réguler 10% du génome dans les conditions testées (dont 9% sous le contrôle de VjbR). De nombreuses cibles de ces régulateurs sont impliquées dans la virulence et l'adaptation aux conditions de stress (oxydatif, métabolique...), suggérant un rôle important du Quorum Sensing dans l'accomplissement du cycle infectieux de B. melitensis.

(eng) Quorum Sensing is a bacterial communication system wich allows the coordinated gene expression within a population regarding its density and environmental properties (diffusion, flow...). In Gram negative bacteria, Quorum Sensing is based on the synthesis and the detection of small diffusible molecules called N-acyl-homoserine lactones (AHLs). LuxR transcriptional regulators are the mediators of these regulation systems. When AHL concentration increases, these molecules bind to the N-terminal domain of a LuxR-type regulator and leads to conformational changes driving the modification of the regulator activity. A similar regulation system has been discovered in the Gram negative bacteria Brucella melitensis. This intracellular pathogen synthesizes a dodecanoylhomoserine lactone (C12-HSL) and possesses two LuxR-type regulators: VjbR and BabR. VjbR is involved in the virulence of this pathogen and is crucial for the expression of two virulence factors : the flagellar system and the type four secretion system VirB. C12-HSL have a repressor effect on these two membrane structures. During this work, mutation of the N-terminal domain of VjbR allowed us to demonstrate the ability of VjbR to mediate C12-HSL effect on the virB operon. vjbR mutated strains aggregate in liquid cultures. We have demonstrated that this phenotype is linked to the production of an exopolysaccharide, suggesting for the first time that Brucella could form biofilm-type structures. This study also demonstrates that VjbR has a major role in the regulation of surface structures because this regulator controls the expression of many outer membrane proteins (Omp). Using the chromatin immunoprecipitation technique (ChIP), we have shown that two of these Omps, as well as the virB operon, are directly regulated by VjbR. The virulence of Brucella is partly based on its ability to deviate the intracellular traffic of its host cells (professional and nonprofessional phagocytes) and to proliferate within these cells. During its infectious cycle, Brucella faces numerous stresses and environments, suggesting the necessity of a finely tuned genetic regulation depending on environmental stimuli. Quorum Sensing, through its involvement in the virulence of this intracellular pathogen, could be involved in such regulations. In order to investigate the role of VjbR and BabR in B. melitensis, global transcriptomic and proteomic studies of vjbR and babR mutants were performed. These studies demonstrate that Quorum Sensing is a global regulation system in B. melitensis because it controls the expression of 10% of the genome in the condition tested (9% through VjbR). Numerous targets of these two regulators are involved in virulence and adaptation to environmental stresses (oxydative, metabolic...), suggesting an important role of Quorum sensing in the achievement of the infectious cycle of B. melitensis.