Structures and specificity of Periplasmic Binding Proteins toward mannityl-opines in Agrobacterium tumefaciens.
Structures et spécificités de Protéines Périplasmiques de Fixation pour les mannityl-opines chez Agrobacterium tumefaciens.
Résumé
Agrobacterium tumefaciens pathogenic agent confers the development of tumors in plants, in which it proliferates, integrating a fragment of its virulence Ti plasmid into its host genome. Transformed tissues synthesize original compounds, called opines, used as specific nutrients by the bacterium. More than twenty opines are known so far, and each one of them can be metabolized by A. tumefaciens strains possessing its associated transport and catabolism genes, which appears as a competitive advantage in the tumor colonization. The presence of these genes relies on the Ti plasmid type a pathogenic strain possesses. A. tumefaciens B6 possesses an octopine-type pTi, which harbors the metabolism genes of the mannityl-opines, which are mannopine, mannopinic acid, agropine and agropinic acid. Mannopine and mannopinic acid are synthesized by the same enzyme, and their precursors are deoxy-fructosyl-glutamine (DFG) and deoxy-fructosyl-glutamate (DFGA) respectively, both opines of the chrysopine family. DFG is also a wide-spread Amadori compound which can be uptaken by numerous organisms. Mannopine is a precursor for agropine synthesis. Finally, mannopine, mannopinic acid and agropine can spontaneously lactamize into agropinic acid.Despite the chemical similarity of these four opines, each one is transported by a different periplasmic binding protein (PBP) associated with an ATP-binding cassette (ABC) transporter. The PBP selects and binds one opine to bring it to the ABC transporter, which allows the passage of the opine to the cytoplasm due to two ATP molecules hydrolysis. The whole transporter specificity is determined by the PBP.Genetic studies in strains possessing an octopine-type pTi showed that AgaABCD PBP-ABC transporter system is specific to agropinic acid, AgtABCD to agropine, MoaABCD to mannopinic acid and that MotABCD transports mannopine and also mannopinic acid. In C58 strain, which do not possess an octopine-type pTi, SocAB transport system, coded by genes located on the cryptic pAt plasmid, allows the transport of DFG as a nutrient, and seems able to import mannopine too.My thesis work allowed, first, to characterize the strong affinities and the specificity of PBPs AgaA and AgtB to agropinic acid, PBP MoaA to mannopinic acid and PBP SocA to DFG, and also MotA unspecificity toward mannopine, mannopinique acid and DFG, which leads to a revision of the previously described affinities of AgtB and SocA. Secondly, this work brought molecular and structural basis of PBP-mannityl-opine complexes, never described before. Finally, the structure of PBP AttC, annotated as a mannopine binding-like protein in C58, was determined, and interactions experiments showed that it binds no mannityl-opines, leading to a revision of its annotation.My work sheds light on the mannityl-opines importation in Agrobacterium tumefaciens. The fact that none of the studied transport system allows agropine import lets think that there is another unknown PBP or another unknown whole transport system assuming this role, opening new ways to new studies about octopine- and agropine-type pTis.
L’agent pathogène Agrobacterium tumefaciens induit, chez les plantes, le développement de tumeurs dans lesquelles il prolifère, en intégrant un fragment de son plasmide Ti de virulence dans le génome de son hôte. Les tissus transformés synthétisent des composés originaux, appelés opines, qui sont utilisés comme nutriments spécifiques par la bactérie. Une vingtaine d’opines sont connues à ce jour, et chacune d’elle peut être métabolisée par des souches d’Agrobacterium tumefaciens possédant les gènes de transport et de catabolisme qui lui sont associés, ce qui apparait comme un avantage compétitif dans la colonisation de la tumeur. La présence de ces gènes dépend du type de plasmide Ti que la souche pathogène possède.Agrobacterium tumefaciens B6 possède un pTi de type octopine, qui porte les gènes de métabolisme des mannityl-opines, qui sont la mannopine, l’acide mannopinique, l’agropine et l’acide agropinique. La mannopine et l’acide mannopinique sont synthétisés par la même enzyme, et ont pour précurseurs respectivement la désoxy-fructosyl-glutamine (DFG) et le désoxy-fructosyl-glutamate (DFGA), tous deux opines de la famille de la chrysopine. La DFG est aussi un composé d’Amadori répandu et assimilable par de nombreux organismes. La mannopine sert de précurseur pour la synthèse de l’agropine. Enfin, la mannopine, l’acide mannopinique et l’agropine peuvent toutes trois se lactamiser spontanément en acide agropinique.Malgré la similarité chimique de ces quatre opines, chacune est transportée par une protéine périplasmique de fixation (PBP) associée à un transporteur ATP-binding Cassette (ABC) différent. La PBP sélectionne et fixe une opine pour l’apporter au transporteur ABC, qui permet le passage de l’opine dans le cytoplasme grâce à l’hydrolyse de deux molécules d’ATP. La spécificité du transporteur entier est déterminée par la PBP.Des études génétiques chez des souches possédant un pTi de type octopine ont montré que le système PBP-transporteur ABC AgaABCD est spécifique de l’acide agropinique, AgtABCD spécifique de l’agropine, MoaABCD spécifique de l’acide mannopinique et que MotABCD transporte la mannopine et également l’acide mannopinique. Chez la souche C58, qui ne possède pas un pTi de type octopine, le système de transport SocAB, codé par des gènes situés sur le plasmide cryptique At, transporte la DFG comme nutriment, et semble aussi capable d’importer la mannopine.Mon travail de thèse a permis, dans un premier temps, de caractériser les fortes affinités et la spécificité des PBP AgaA et AgtB pour l’acide agropinique, de la PBP MoaA pour l’acide mannopinique et de la PBP SocA pour la DFG, mais aussi la non spécificité de MotA pour la mannopine, l’acide mannopinique et la DFG, ce qui remet en question les affinités précédemment décrites pour AgtB et SocA. Dans un deuxième temps, ce travail a apporté les bases moléculaires et structurales des complexes PBP-mannityl-opines, complexes jamais caractérisés auparavant. Enfin, dans un troisième temps, la structure de la PBP AttC chez la souche C58, annotée comme mannopine-like, a été déterminée, et les expériences d’interaction ont montré qu’elle n’interagit avec aucune mannityl-opine, ce qui conduit à une révision de son annotation.Mes travaux apportent un éclairage nouveau sur l’import des mannityl-opines chez Agrobacterium tumefaciens. Le fait qu’aucun des transporteurs étudié ne permette l’import de l’agropine laisse penser qu’il existe une autre PBP ou un autre système de transport encore inconnu assurant cette fonction, ouvrant la voie vers de nouvelles études sur les pTi de type octopine et agropine.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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