Structural and functionnal studies of PscE:PscF:PscG, a heterotrimeric complex involved in the biogenesis of the type III secretion needle in Pseudomonas aeruginosa
Etude structurale et fonctionnelle de PscE:PscF:PscG, un hétérotrimère nécessaire à la biogenèse de l'aiguille de sécrétion de type III chez Pseudomonas aeruginosa
Résumé
Type III secretion systems are found in several Gram-negative bacteria. These nanomachines are involved in the transport of virulence effectors directly into the cytoplasm of target cells. Pseudomonas aeruginosa, whose type III secretion needle is studied here, is the causative agent of a large number of nosocomial and chronic infections in cystic fibrosis patients. This system is composed of a base anchored in the double bacterial membrane and a hollow needle formed by a single polymerized protein (PscF in P. aeruginosa).
Within the bacterial cytoplasm, PscF requires two distinct chaperones for stabilisation before its secretion, without which the entire system is nonfunctionnal.
The 2.0A X-ray crystal structure of the PscE:PscF55-85-PscG ternary complex reveals that the C-terminus of the needle protein PscF, which is essential for needle polymerisation, is engulfed within the hydrophobic groove of the TPR-like molecule PscG. This indicates that the macromolecular scaffold necessary to stabilize the needle protein is totally distinct from chaperoned complexes between pilus- or flagellum-forming molecules.
Disruption of specific PscG:PscF interactions leads to impairement of bacterial cytotoxicity toward macrophages, indicating that this essential heterotrimer, which possesses homologs in a wide variety of pathogens, is an attractive therapeutic target for the development of novel drugs.
Within the bacterial cytoplasm, PscF requires two distinct chaperones for stabilisation before its secretion, without which the entire system is nonfunctionnal.
The 2.0A X-ray crystal structure of the PscE:PscF55-85-PscG ternary complex reveals that the C-terminus of the needle protein PscF, which is essential for needle polymerisation, is engulfed within the hydrophobic groove of the TPR-like molecule PscG. This indicates that the macromolecular scaffold necessary to stabilize the needle protein is totally distinct from chaperoned complexes between pilus- or flagellum-forming molecules.
Disruption of specific PscG:PscF interactions leads to impairement of bacterial cytotoxicity toward macrophages, indicating that this essential heterotrimer, which possesses homologs in a wide variety of pathogens, is an attractive therapeutic target for the development of novel drugs.
Le système de sécrétion de type III est présent chez plusieurs pathogènes à Gram négatif chez qui cette véritable nanomachine est impliquée dans le transport de molécules de virulence directement des bactéries vers le cytoplasme des cellules-cible. Pseudomonas aeruginosa, bactérie dont l'aiguille de sécrétion de type III est étudiée dans cette thèse, est responsable de nombreuses maladies nosocomiales ainsi que d'infections chez les patients atteints de mucoviscidose. Ce système de sécrétion est composé d'une base ancrée dans la double membrane bactérienne et d'une structure creuse en forme d'aiguille qui est un homopolymère d'une petite protéine.
Dans le cytoplasme bactérien, la protéine PscF qui forme l'aiguille de type III chez P. aeruginosa est stabilisée avant sa sécrétion par 2 chaperonnes distinctes; PscE et PscG. Ceci est nécessaire à la fonctionnalité du système de sécrétion de type III.
La structure cristallographique à 2.0A de résolution du complexe hétérotrimérique PscE:PscF55-85-PscG révèle que le domaine C-terminal de la protéine de l'aiguille PscF, impliqué dans le processus de polymérisation, est enfoui dans une cavité hydrophobe de la protéine PscG repliée de façon semblable à un domaine TPR. Ceci montre que le repliement macromoléculaire nécessaire pour stabiliser la protéine de l'aiguille de type III est différent de celui décrit chez le pilus de type IV et le flagelle. Les résidus qui précèdent l'hélice C-terminale de PscF sont maintenus dépliés par des interactions hydrophobes avec PscG. Ainsi, avant sa sécrétion, PscF est maintenue partiellement dépliée par ses chaperonnes. Elle transiterait ensuite sous forme partiellement dépliée à travers l'aiguille avant de se replier lors de sa polymérisation.
La rupture des interactions spécifiques entre PscG et PscF entraîne une nette baisse de la cytotoxicité de la bactérie envers une lignée de macrophages, ce qui indique que cet hétérotrimère essentiel, qui possède des homologues chez une grande variété de pathogènes, est une cible thérapeutique attractive pour le développement de nouveaux médicaments.
Dans le cytoplasme bactérien, la protéine PscF qui forme l'aiguille de type III chez P. aeruginosa est stabilisée avant sa sécrétion par 2 chaperonnes distinctes; PscE et PscG. Ceci est nécessaire à la fonctionnalité du système de sécrétion de type III.
La structure cristallographique à 2.0A de résolution du complexe hétérotrimérique PscE:PscF55-85-PscG révèle que le domaine C-terminal de la protéine de l'aiguille PscF, impliqué dans le processus de polymérisation, est enfoui dans une cavité hydrophobe de la protéine PscG repliée de façon semblable à un domaine TPR. Ceci montre que le repliement macromoléculaire nécessaire pour stabiliser la protéine de l'aiguille de type III est différent de celui décrit chez le pilus de type IV et le flagelle. Les résidus qui précèdent l'hélice C-terminale de PscF sont maintenus dépliés par des interactions hydrophobes avec PscG. Ainsi, avant sa sécrétion, PscF est maintenue partiellement dépliée par ses chaperonnes. Elle transiterait ensuite sous forme partiellement dépliée à travers l'aiguille avant de se replier lors de sa polymérisation.
La rupture des interactions spécifiques entre PscG et PscF entraîne une nette baisse de la cytotoxicité de la bactérie envers une lignée de macrophages, ce qui indique que cet hétérotrimère essentiel, qui possède des homologues chez une grande variété de pathogènes, est une cible thérapeutique attractive pour le développement de nouveaux médicaments.