Structure et localisation du complexe ESX-3 dans les mycobactéries

Le système de sécrétion type VII (T7SS) présent chez les mycobactéries comporte cinq loci, nommés ESX-1 à ESX-5, chacun possédant leurs propres fonctions. Le système ESX-3, le plus conservé entre les espèces de mycobactéries, participe au transport du fer et à la sécrétion de protéines dont la protéine EsxH. EsxH interagit avec le système ESCRT dans le macrophage et contribue à la persistance de M. tuberculosis (Mtb) dans l’hôte. Afin de mieux comprendre le mécanisme du T7SS, nous avons surexprimé le locus ESX-3 de Mtb dans les organismes recombinants M. smegmatis et M. marinum. Nous avons purifié un coeur protéique partiel du complexe ESX-3 par chromatographie liquide de protéine rapide (FPLC) et déterminé différentes structures in vitro qui pourraient représenter son dynamisme par une analyse des particules individuelles. Nous avons localisé le complexe ESX-3 aux pôles chez M. marinum par microscopie de fluorescence (fLM) et microscopie super-résolution d’illumination de structure (SR-SIM). Finalement, nous avons reconstruit un modèle in vivo 3D de ce complexe en jumelant une technique de corrélation entre la microscopie par localisation photoactivée (PALM) et la tomographie électronique en conditions cryogéniques (cryo-ET). En jumelant nos structures in vitro et notre modèle in vivo, nous discutons d’un mécanisme possible du complexe ESX-3. Ces analyses pourront aussi supporter le criblage d’inhibiteurs potentiels pour traiter les infection mycobactériennes. A novel, type VII secretion system (T7SS) was recently discovered in Mycobacteria. Five subsystems, called ESX-1 to ESX-5, have been identified, with the ESX-3 being the most conserved. The ESX-3 system is essential for growth and pathogenesis, and has been implicated in iron transport and secretion of effector proteins into the host. The secreted proteins are shown to prevent phagosome maturation by interacting with the ESCRT machinery of the macrophage. To characterize the structure and mechanism of secretion employed by the T7SS, we use the ESX-3 system from Mycobacterium tuberculosis (Mtb) and recombinantly express it in M. smegmatis and M. marinum cells. By combining Fast Protein Liquid Chromatography (FPLC) and Single Particle electron microscopy analysis, we have reconstructed several in vitro models that contain at least three of the ESX-3 cluster proteins and may represent the dynamic nature of the core complex. Using fluorescent light microscopy (fLM) and super-resolution structure illumination microscopy (SR-SIM), we localized the ESX-3 complex to the lateral pole in M. marinum cells. We also used super-resolution photoactivated localization microscopy (PALM) in correlation with cryo-electron tomography (cryo-ET) of whole M. marinum cells to localize and reconstruct an in vivo 3D model of the ESX-3 secretion system. By combining the single particle reconstructions and the cryotomography data, we discuss a possible mechanism of ESX-3 secretion. Such analysis may support future inhibitor screens to prevent mycobacterial infections.

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