Toxine adényl cyclase, Feuillet interne de la membrane interne bactérienne, Sécrétion, Toxine diphtérique, Changement de conformation, Translocation, Biophysique, Interactions protéines-membranes, RMN, Allostérie

Les toxines amphitropiques possèdent la capacité unique de transloquer certains de leurs domaines à travers les membranes biologiques. Contrairement aux protéines strictement solubles ou membranaires, les protéines amphitropiques sont solubles en solvants aqueux, mais peuvent également interagir avec les membranes biologiques. Cette propension intrinsèque à interagir avec les membranes est régulée par des variations de conditions environnementales telles que le pH ou la composition lipidique, qui induisent des changements d'états structuraux, dynamiques et thermodynamiques, permettant aux protéines de s'insérer dans les membranes. Cette thèse se concentre sur deux axes : le développement de méthodes d'étude des protéines amphitropiques et l'étude des interactions toxine-membrane lors des étapes initiales de deux phénomènes de transport à travers les membranes, en particulier la sécrétion de la toxine CyaA produite par Bordetella pertussis et la translocation, dans les cellules cibles, de la toxine diphtérique (DT) produite par Corynebacterium diphtheriae. Une fois sécrétée dans le système respiratoire par C. diphtheriae, DT interagit avec les récepteurs membranaires des cellules épithéliales et est internalisée dans les endosomes. L'acidification du milieu endosomale entraîne des modifications conformationnelles du domaine de translocation de DT, induisant son insertion membranaire, suivie de la translocation du domaine catalytique de DT à travers la membrane endosomale. L'activité du domaine catalytique libéré dans le cytosol entraîne la mort cellulaire. Nous caracterisons les changements de conformations et de dynamiques subits par DT et son affinité pour les membranes lors de l'acidification. Nos résultats indiquent que non seulement le domaine T, mais les trois domaines C, T et R de DT subissent des changements conformationnels concertés dépendant du pH conduisant à un état compétent pour interagir avec les membranes. Nous montrons également que la liaison du domaine récepteur de DT à un ligand protéique mimant l'interaction du récepteur cellulaire, induit une modification allostérique similaire à celle provoquée par l'acidification. Nous suggérons que la liaison de DT à son récepteur cellulaire favorise l'insertion de DT dans la membrane de l'endosome à un stade précoce de son internalisation. Nous présentons ensuite l'étude de l'interaction de la toxine adényl cyclase de B. pertussis (CyaA) avec des membranes mimant la composition lipidique du feuillet interne de la membrane interne de B. pertussis. Nos résultats montrent que CyaA présente une propension à interagir avec ces membranes. Nous avons également identifié que la région C-terminale de CyaA possède une forte affinité pour ces membranes. L'étude du mécanisme d'interaction de cette région avec les membranes a notamment montré la spécificité de cette interaction pour les membranes chargées négativement. Nous proposons qu'en amont de la sécrétion, une interaction de CyaA avec les régions négativement chargées du feuillet interne de la membrane interne bactérienne favorise le recrutement de la toxine à la membrane et par conséquent, l'interaction de la toxine avec son système de sécrétion, favorisant in fine la sécrétion. Enfin, nous décrivons le développement d'une méthode de RMN 1H dite « B2LiVe » permettant la détermination rapide et sans marquage de l'affinité de protéines amphitropiques pour les membranes. Par des approches biophysiques, cette thèse contribue à une meilleure compréhension des mécanismes d'interaction des toxines amphitropiques avec les membranes biologiques, tout en développant des outils novateurs pour étudier ces phénomènes. Les résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour mieux comprendre les processus pathologiques liés aux bactéries produisant des toxines amphitropiques et pour développer des applications biotechnologiques utilisant leurs propriétés intrinsèques à transloquer des cargos à délivrer dans les cellules eucaryotes.