Unraveling the role of Lsr2 protein in the virulence of smooth (S) and rough (R) morphotypes of Mycobacterium abscessus
Caractérisation du rôle de la protéine Lsr2 dans la virulence des morphotypes lisse (S) et rugueux (R) de Mycobacterium abscessus
Résumé
Mycobacterium abscessus (Mabs) is a non-tuberculous mycobacterium, causing lung infections in cystic fibrosis patients. During infection, Mabs switches from smooth (Mabs-S) to rough (Mabs-R) morphotypes, the latter being hyper-virulent. Our team previously identified the gene lsr2 as being differentially expressed during the transition from Mabs-S to Mabs-R. lsr2 codes for a pleiotropic transcription factor that belongs to the superfamily of nucleoid-associated proteins (NAPs), which play a key role in the structure of bacterial chromosome. The objective of this thesis is to elucidate the molecular role of Lsr2 in the pathobiology of Mabs using three functional genomics approaches: RNA-seq, ChIP-seq, and Hi-C. Transcriptomic analysis reveals that Lsr2 differentially regulates gene expression in both morphotypes, with most genes being involved in various key cellular processes of Mabs, including adaptation to the host and antibiotic resistance. These results were confirmed through RT-qPCR, as well as by minimum inhibitory concentration (MIC) tests and infection tests on macrophages in the presence of antibiotics. ChIP-seq analysis revealed that Lsr2 extensively binds the Mabs genome at AT-rich sequences and appears to form long domains through oligomerization that participate in the repression of its target genes. However, the similarity in Lsr2 binding between Mabs-S and Mabs-R, and the presence of a large number of bound genes but unregulated suggest that more complex mechanisms, such as DNA bridging, may be involved in ensuring gene target selectivity. As part of this thesis, we developed a Hi-C protocol to study the three-dimensional structure of the Mabs chromosome. This work also involved the implementation of the 3C-qPCR technique to analyze Lsr2-dependent physical interactions between DNA fragments. These methodological advances open up new perspectives for understanding genomic regulation in Mabs.
Mycobacterium abscessus (Mabs) est une mycobactérie non tuberculeuse à croissance rapide, qui provoque des infections pulmonaires chez les patients atteints de mucoviscidose. Au cours de l'infection, Mabs évolue entre un morphotype lisse (Mabs-S) et un morphotype rugueux (Mabs-R), ce dernier étant hyper-virulent. Notre équipe a précédemment identifié le gène lsr2 comme étant différentiellement exprimé pendant la transition de Mabs-S à Mabs-R. lsr2 code pour un facteur de transcription pléiotropique qui appartient à la superfamille des protéines associées aux nucléoïdes (NAPs), lesquelles jouent un rôle clé dans la structure du chromosome bactérien. L'objectif de cette thèse est d'élucider le rôle moléculaire de Lsr2 dans la pathobiologie de Mabs en utilisant trois approches de génomique fonctionnelle : RNA-seq, ChIP-seq et Hi-C. L'analyse transcriptomique révèle que Lsr2 régule différemment l'expression des gènes dans les deux morphotypes, dont la plupart sont impliqués dans divers processus cellulaires clés de Mabs, notamment l'adaptation à l'hôte et la résistance aux antibiotiques. Ces résultats ont été confirmés par RT-qPCR, ainsi que par des tests de concentration minimale inhibitrice (CMI) et des tests d'infection sur des macrophages en présence d'antibiotiques. L'analyse ChIP-seq montre que Lsr2 se lie largement au génome de Mabs (10%) au niveau de séquences riches en AT et semble former de longs domaines par oligomérisation qui participent à la répression de ses gènes cibles. Cependant, la similitude de fixation de Lsr2 entre Mabs-S et Mabs-R et la présence d'un grand nombre de gènes liés mais non régulés suggèrent que des mécanismes plus complexes, tels que le pontage d'ADN, pourraient être impliqués pour assurer la sélectivité des gènes cibles. Dans le cadre de cette thèse, nous avons développé un protocole Hi-C pour étudier la structure tridimensionnelle du chromosome de Mabs. Ce travail a également impliqué la mise en place de la technique 3C-qPCR pour analyser les interactions physiques dépendantes de la protéine Lsr2 entre les fragments d'ADN. Ces avancées méthodologiques ouvrent de nouvelles perspectives pour la compréhension de la régulation génomique chez Mabs.
Origine : Version validée par le jury (STAR)