Régulation des facteurs de virulence

I.7.1 Le régulateur PlcR

PlcR est un facteur transcriptionnel pléiotrope activant la transcription de 45 gènes, notamment des facteurs de virulence importants comme Hbl, Nhe, CytK et les hémolysines (Agaisse, et al., 1999, Gohar, et al., 2008). PlcR active la transcription de ses gènes cibles en se fixant à une séquence pseudo palindromique (TATGnAnnnnTnCATA), la boîte PlcR. Cette séquence consensus est située à différentes distances en amont du site de début de transcription (Agaisse, et al., 1999). L’i a ti atio du g e plcR cause une diminution drastique de la pathogénicité de B. cereus chez la souris (Salamitou, et al., 2000). En aval du gène plcR, un ORF codant pour un peptide de 48 acides aminés est positivement régulé par PlcR. Ce peptide, PapR (peptide activating PlcR) possède une séquence signal qui est clivée lors de sa sécrétion. Au niveau extracellulaire, le peptide subit des phénomènes de maturation dont le produit principal est un heptapeptide (ADLPFEF), correspondant à l'extrémité carboxy-terminale. Les heptapeptides e suite s’asse le sous la fo e de pe ta e a a t d’ t e

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importés dans la cellule par des systèmes de perméation d'oligopeptides (Opp-A,-B,-D, et -E) essentiels pour la régulation de PlcR (Gominet, et al., 2001, Slamti & Lereclus, 2002). Pendant la phase exponentielle de croissance, les faibles concentrations de PapR ne permettent pas l’a ti atio des gulo s du Pl R (Lereclus, et al., 1996). C’est seule e t e e t e de phase statio ai e ue l’aug e tatio de la o e t atio e t a ellulai e de PapR o duit à l’a ti atio de Pl R (Figure 13) (Grenha, et al., 2013).

Figu e : M a is es d’a tivatio du Pl R pa PapR (Grenha, et al., 2013)

I.7.2 Le système ResD/ResE

Pou s’adapter aux différents environnements rencontrés, les bactéries possèdent des voies de signalisation impliquant des systèmes à deux composants (TCS) (Galperin, 2005). Ce s st e u i uitai e se o pose d’u e histidi e ki ase HK et d’u gulateu de po se (RR), permettant la régulation de nombreux gènes (Kojetin, et al., 2007). Les TCS sont i pli u s da s des a is es d’adaptatio s aux conditions environnementales comme les milieux acides et l’a a o iose (Cui, et al., 2012). Ils contrôlent aussi les interactions hôtes-age ts pathog es et so t gale e t i pli u s da s l’e p essio des fa teu s de irulence (Hall, et al., 2015).

Chez B. cereus, un système à deux composants a été identifié comme étant impliqué dans l’adaptatio à l’a a o iose et la p odu tio de to i es. Il s’agit du s st e ResDE (Duport, et

al., 2006). Il se o pose d’u se seu histidi e ki ase transmembranaire ResE et d’u

régulateur de réponse cytoplasmique (ResD). Comme la majorité des systèmes à deux composants, ResE possède à son extrémité N-terminale un domaine senseur périplasmique et en C-terminale, un domaine auto-kinase et de transfert de phosphate cytoplasmique. ResD quant à lui possède un domaine receveur N-terminal et un domaine effecteur C-terminal. Le domaine senseur de ResE perçoit la limitation en oxygène ce qui entraine une autophosphorylation sur un résidu histidine. Le groupement phosphate peut ensuite être transféré à un résidu acide aspartique de ResD qui est un régulateur transcriptionnel (Esbelin,

et al., 2009). Ce système a deux composants est autorégulé grâce à la double fonction de ResE

qui peut à la fois donner un groupement phosphate à ResD mais également le retirer grâce à son activité phosphatase. Le niveau de phosphorylation de ResD est déterminé par l'équilibre

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entre les deux activités possédées par ResE modulant ainsi son activité (Duport, et al., 2006). La phosphorylation de ResD lui confère une plus grande affinité pour les gènes des entérotoxines hbl, nhe et également pour les gènes des facteurs transcriptionnels PlcR, Fnr et ResDE (Esbelin, et al., 2009). La mutation du senseur ResE entraine une diminution à la fois de la vitesse de croissance et de la biomasse en anaérobiose à bas POR. De plus, cette mutation e t ai e gale e t u e di i utio de l’e p essio des e t oto i es e a a o iose à haut POR et particulièrement à bas POR (Duport, et al., 2006).

I.7.3 Le régulateur Fnr

La protéine Fnr fait partie de la famille des régulateurs transcriptionnels Crp/Fnr (cAMP Receptor Protein/Fumarate Nitrate reductase). Chez le genre Bacillus, ces activateurs transcriptionnels régulent un grand nombre de gènes e po se à l’a se e de glu ose pou CRP et d’o g e pou F (Korner, et al., 2003). La protéine Fnr possède deux domaines :

- un domaine en C-te i al o stitu d’u e s ue e palindromique avec une structure en hélice-tour-hélice impliqué dans la fixation aux régions promotrices de l’ADN - un domaine senseur redox en N-terminal constitué de 4 résidus cystéines dont 3

résidus sont impliqués dans la constitution d’u e t e fe -soufre [4Fe-4S]2+ en anaérobiose (Reents, et al., 2006)

Il peut y avoir deux formes de la protéine Fnr: une forme où la protéine Fnr ne possède pas de centre fer-soufre (forme apo), et une forme o espo da t à l’ho odi e ou oligo e de Fnr/centre fer-soufre (forme holo) en anaérobiose. Lo s du passage de l’a a o iose à l’a o iose, le e t e fe -souf e de F su it des o datio s et se disso ie de l’ho odi e perdant ainsi son affinité pour les promoteurs (Figure 14) (Crack, et al., 2004, Esbelin, et al., 2012, Antelmann, 2015).

Figu e : I flue e des o ditio s d’o g atio su F et so e t e fe -soufre (Esbelin,

et al., 2012, Antelmann, 2015)

Chez B. cereus, la protéine Fnr est beaucoup plus exprimée en a o iose u’e anaérobiose. La suppression du gène fnr entraine une incapacité de la bactérie à se développer en anaérobiose (Zigha, et al., 2007). En aérobiose, la protéine Fnr est produite sous la forme

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d’apop ot i e. Elle ’est apa le de se fi e su l’ADN ue sous sa fo e o o i ue. De plus, so tat d’oligo isatio est POR d pe da t. En anaérobiose, elle peut être présente sous les formes apo- et holo-. Le ratio des deux formes de Fnr en anaérobiose dépend du statut rédox de la cellule. En plus de réguler le métabolisme, la protéine Fnr participe gale e t à l’e p essio des e t oto i es. Les fo es duites de F so t apa le de se fixer en amont des gènes hbl, nhe et des gènes codant pour les facteurs transcriptionnels PlcR, ResDE et Fnr (Esbelin, et al., 2012). De surcroît, la protéine Fnr est capable de former des complexes avec PlcR et ResDE (Esbelin, et al., 2008, Esbelin, et al., 2012). Dans le cas du complexe Fnr/ResDE, celui-ci augmenterait leur affinité pour des régions promotrices spécifiques (Esbelin, et al., 2009).

I.7.4 Le système OhrA/OhrR

Ohr est une thiol peroxydase (Tpx) qui catalyse la réduction des hydroperoxydes organiques e l’al ool o espo da t (Cussiol, et al., 2003). L’a ti it pe o dase dépend de deux résidus cystéines localisés en N- et C-terminal. La du tio des ROOH e t ai e l’o datio de la cystéine en N-terminale (acide sulfénique –SOH). Cette cystéine oxydée peut ensuite former un pont disulfure avec un autre monomère Ohr (Lesniak, et al., 2002). Le répresseur OhrR est impliqué dans la régulation des facteurs de pathogénicité (Ellison & Miller, 2006). Chez B.

cereus, l’a tio da t Oh A et le gulateu edo OhrR participent à l’adaptatio de la a t ie

à des a iatio s de POR et d’o g atio (Clair, et al., 2013). Les analyses protéomiques des uta ts ∆ohrR et ∆ohrA o t l ue e so t des p ot i es l s da s l’adaptatio au diff e tes o ditio s de POR et d’o g atio (Clair, et al., 2012). La supp essio d’Oh A pa mutation entraine une augmentation significative de la production des toxines en aérobiose et une diminution en anaérobiose à bas POR. Chez le mutant ∆ohrR, toutes les toxines et toxines putatives so t plus a o da tes peu i po te les o ditio s d’o g atio et de POR (Clair, et al., 2013). Des études de retard sur gel ont révélé u’Oh R sous sa forme de dimère non covalent (forme réduite) pouvait se fixer sur les régions promotrices des gènes/opérons

OhrRA et de toutes les toxines hormis EntFM (Figure 15) (Clair, et al., 2013).

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I.7.5 Le régulateur Rex

Rex est un régulateur transcriptionnel dont l’a ti it est NADH d pe da te. Selon le ratio NADH/NAD+, la protéine Rex odule l’e p essio des g es i pli u s dans le métabolisme fermentaire, la formation de biofilms, et le stress oxydant chez plusieurs espèces de bactéries (Brekasis & Paget, 2003, Schau, et al., 2004, Pagels, et al., 2010, Christensen, et al., 2015). La protéine Rex contient un do ai e de liaiso à l’ADN e N-terminal, un domaine de dimérisation et un pli Rossman impliqué dans la fixation au NADH. Rex se fixe sur les régions promotrices des gènes cibles sous fo e de di e lo s u’il est asso i au NAD+. L’asso iatio de Rex avec le NADH pou le uel le gulateu à plus d’affi it que pour le NAD+ annihile la formation du complexe Rex-ADN. L’a ti it de Re est do d pe da te du atio NAD+/NADH (Sickmier, et al., 2005, Wang, et al., 2008, McLaughlin, et al., 2010, Laouami, et al., 2014). Chez

B. cereus, la protéine Rex est impliquée dans le métabolisme à la fois respiratoire et

fermentaire, dans les mécanismes de résistance au stress oxydant externe ainsi que dans la toxinogenèse (Laouami, et al., 2014). La délétion du gène rex entraine une augmentation du taux de croissance de B. cereus en aérobiose sans avoir une modification significative de la biomasse finale. Cette différence est due à une modification du flux carboné vers la voie du lactate permettant de régénérer le NAD+ à l'issue de la glycolyse (Laouami, et al., 2014). Le taux de survie aux stress externes est plus le hez le uta t Δrex en aérobiose. En a a o iose ’est l’i e se, le uta t est plus se si le au pe o de d’h d og e. Re doit probablement moduler la distribution des systèmes antioxydants et également réguler la production de NADPH. En aérobiose, les données protéomiques ont révélé ue l’a o da e des toxines était plus élevée lorsque Rex est absent. Les expériences de retard sur gel ont révélé que Rex se fixe sur les régions promotrices des gènes fnr, resDE, ohrRA, nhe, entFM et

hlyI. Re gule l’e p essio à la fois de g es to i es et de e tai s gulateu s de to i es

(Laouami, et al., 2014).

I.7.5 Le régulateur Fur

Fur est un régulateur transcriptionnel de 17 kDa avec comme cofacteur l’io fe eu Fe2+) (Sineva, et al., 2012). C’est une protéine dimérique possédant deux domaines: un domaine de liaiso à l’ADN a e u e st u tu e h li e-tour-hélice à l’e t it N-terminale et un domaine d’a ti atio i he e histidi es pe etta t la fo atio de di es à l’e t it C-terminale (Harvie, et al., 2005). A e Hl IIR, ’est l’u des deu gulateu s t a s iptio els o us du gène hlyII (Guillemet, et al., 2013). Lorsque la concentration en ions Fe2+est élevé, Fur se dimérise et le complexe formé avec son cofacteur se lie au i eau d’u e boite de fixation (boîte Fur) située en amont du gène hlyII. L’ARN pol ase e peut plus se fi e au p o oteu et le gène hlyII ’est pas t a s it. Lo s ue le fe ’est pas disponible, hlyII est transcrit. De par l’a ti it h ol ti ue de Hl II, sa s étion dans le milieu intestinal permet la libération de l’h oglo i e et l’utilisatio du atio fe eu de l’h e o e sou e de fe pou la croissance de B. cereus (Sineva, et al., 2012).

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