La régulation de la virulence de l’agent de la coqueluche Bordetella pertussis : signalisation par le senseur-kinase BvgS

Bordetella pertussis est l’agent responsable de la coqueluche. Pour coloniser le tractus respiratoire humain, cette bacterie a Gram negatif, aerobie stricte, produit de nombreux facteurs de virulence dont l’expression est sous la dependance du systeme a deux composants BvgAS. BvgS est un senseur-kinase dimerique. Chaque monomere est constitue de trois domaines putatifs de perception - deux domaines Venus flytrap periplasmiques et un domaine PAS cytoplasmique -, suivis du domaine enzymatique et deux autres domaines, de phospho-transfert et receveur, impliques dans la cascade de phosphorylation. L’expression du regulon de virulence est activee suite a la phosphorylation par BvgS du regulateur de reponse BvgA. BvgS est en mode kinase a l’etat basal, et la perception de basses temperatures ou de signaux chimiques comme les ions sulfate ou nicotinate cause son passage en mode phosphatase. L’etude presentee dans ce manuscrit vise a caracteriser le senseur-kinase BvgS en analysant les domaines putatifs de perception ainsi que la transduction de signal qui s’effectue au sein de la molecule. L’etude de la portion periplasmique a permis de mettre en evidence, a l’etat basal, un gradient de dynamique decroissant. En se fixant au domaine VFT2 proximal a la membrane, le nicotinate induirait une diminution de la dynamique du second lobe du VFT1, causee par la formation d’un bloc compact entre le domaine VFT2 et le deuxieme lobe du domaine VFT1. Cette rigidification exercerait une tension sur les helices α qui precedent les segments transmembranaires, provoquant une transition de la portion cytoplasmique vers l’etat phosphatase. La perception de modulateurs par le domaine VFT2 - ou possiblement la fixation d’un ligand dans la cavite du VFT1- modifierait cette dynamique et causerait le changement d’activite de BvgS. Ainsi, nous proposons un modele dans lequel le VFT1 est considere comme le moteur du systeme, lui impulsant une dynamique qui serait relayee ou attenuee par le domaine VFT2. Une recherche de ligands antagonistes pour le domaine VFT1 a ete entreprise, selon l’idee que la fixation d’un ligand reduirait la dynamique de ce dernier. Au sein du dimere, des connecteurs predits pour former des enroulements d’helices α (‘coiled coil’) relient entre eux les domaines VFT et PAS, et les domaines PAS et kinase de BvgS. La transduction d’information entre les domaines periplasmiques et le site enzymatique de BvgS a ete analysee par mutagenese dirigee et ‘cysteine scanning’. Des contacts proches sont observes entre les helices constituant le segment transmembranaire, qui ne semblent pas etre modifies apres perception de modulateur. Nous suggerons donc un modele de piston symetrique pour la transmission d’information au travers de la membrane. Le coiled coil putatif precedant le domaine PAS presente une certaine dynamique rotationnelle a l’etat basal. La perception de modulateurs semble induire l’ecartement de ces helices, ce qui pourrait permettre un changement de l’interface des domaines PAS. L’etude de la topologie du domaine PAS confirme une modification de cette interface entre les modes kinase et phosphatase de BvgS. Enfin, le coiled coil reliant les domaines PAS et kinase est sujet a une forte dynamique rotationnelle a l’etat basal, en accord avec un modele de regulation de l’activite kinase propose dans d’autres systemes. Suite a la perception de modulateur, une rigidification marquee de ce coiled coil est observee, permettant le passage en mode phosphatase. L’existence de deux etats dynamiques differents de ce coiled coil a egalement ete mise en evidence en absence du domaine PAS.Ces etudes ont permis d’avancer dans la comprehension de BvgS et de proposer un modele de la signalisation au sein de ce senseur-kinase, qui pourrait s’appliquer aux autres membres de la famille de BvgS.