Thesis defense - Pierre Paillard
Structure-Function Characterisation of the Bacterial Type IV Secretion System
Under the supervision of Kévin Macé and Reynald Gillet
Bacterial conjugation is a biological process through which a donor cell transfers DNA to a recipient cell. It is the primary cause of the spread of antibiotic resistance genes among bacterial populations, significantly contributing to the global antibiotic resistance crisis. The DNA transfer is mediated by a large molecular machinery embedded in the donor cell membranes, called the conjugative Type IV Secretion System (T4SS). To establish the first contact between the two bacteria, the donor cell produces a long extracellular filament - the conjugative pilus - essential for DNA transfer. Despite its importance, the structure and mechanism of the initial contact between the two bacteria during conjugation remain poorly studied. In this context, our project aims to characterise the molecular mechanisms involved in the interaction with the recipient cell using several cryo-Electron Microscopy approaches.
Using the R388 plasmid, we purified pili and determined the first conjugative distal protein complex by solving the pilus tip structure at an atomic resolution using Single Particle Analysis. We further investigated pilus-membrane interactions via Cryo-Electron Tomography. Additionally, we analysed the diversity of the pilus tip across conjugative T4SS families, and characterised the organisation of the active machinery, following pilus polymerisation. Finally, we determined the localisation, oligomerisation and function of the natural conjugation inhibitor Eex, which is produced by T4SSs to prevent continuous DNA exchange between bacteria containing the same conjugative plasmid. Together, these results provide molecular-level insights into the key step of recipient cell recognition by the pilus tip, presenting a potential target to block bacterial conjugation and limit the spread of antibiotic resistance genes.
Composition of the jury
- Dr. Cécile Breyton, Senior researcher CNRS, LISM Marseille
- Dr. Éric Cascales, Senior researcher CNRS, IBS Grenoble
- Dr. Catherine Guynet, Researcher CNRS, LMGM Toulouse
- Dr. Badreddine Douzi, Researcher CNRS, DynAMic Nancy
- Co Dir. de thèse : Pr. Reynald Gillet, Full professor Université de Rennes, IGDR Rennes
- Dir. de thèse : Dr. Kévin Macé, Researcher CNRS, IGDR Rennes
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Biology, Health
Soutenance de thèse - Pierre Paillard
Caractérisation Structurale et Fonctionnelle du Système de Sécrétion de Type IV (T4SS) Bactérien
Sous la direction de Kévin Macé et Reynald Gillet
La conjugaison bactérienne est un processus biologique par lequel une cellule donneuse transfère son ADN à une cellule receveuse, principal mécanisme de dissémination de gènes de résistances aux antibiotiques, contribuant majoritairement à la crise mondiale de l’antibiorésistance. Le transfert d’ADN est assuré par une large machinerie moléculaire intégrée aux membranes de la cellule donneuse, appelée Système de Sécrétion de type IV (T4SS) conjugatif. Pour établir le premier contact entre les deux bactéries, la cellule donneuse produit un long filament extracellulaire, le pilus conjugatif, essentiel au transfert d’ADN. Malgré son importance, la structure et les mécanismes impliqués dans ce contact initial restent mécompris. Notre projet vise ainsi à caractériser les mécanismes moléculaires de l’interaction avec la cellule receveuse par différentes approches de cryo-microscopie électronique.
À partir du système R388, nous avons purifié les pili et déterminé le premier complexe protéique distal d’un pilus conjugatif en résolvant sa structure à résolution atomique par cryo-EM SPA. Nous avons ensuite étudié les interactions entre le pilus et la membrane par cryo-ET STA. Nous avons également analysé la diversité des pointes de pili au sein des différentes familles de T4SS conjugatifs et caractérisé l’organisation de la machinerie active, après polymérisation du pilus. Enfin, nous avons déterminé la localisation, l’oligomérisation et la fonction de l’inhibiteur naturel de la conjugaison Eex, produit par les T4SS pour limiter les échanges d’ADN entre bactéries portant le même plasmide conjugatif. Ces résultats apportent des informations inédites sur la reconnaissance de la cellule receveuse à l’échelle moléculaires et mettent en évidence des potentielles cibles pour limiter la conjugaison bactérienne et la dissémination des gènes de résistance aux antibiotiques.
Composition du jury
Dr. Cécile Breyton, DR CNRS, LISM Marseille
Dr. Éric Cascales, DR CNRS, IBS Grenoble
Dr. Catherine Guynet, CR CNRS, LMGM Toulouse
Dr. Badreddine Douzi, CR CNRS, DynAMic Nancy
Co Dir. de thèse : Pr. Reynald Gillet, PU Univ.Rennes, IGDR Rennes
Dir. de thèse : Dr. Kévin Macé, CR CNRS, IGDR Rennes
Biologie, Santé
