Métabolisme des acides aminés dans l’échappement de Francisella tularensis du phagosome des macrophages infectés

Francisella tularensis, the etiologic agent of the zoonotic disease tularemia, is a facultative intracellular bacterium which can infect multiple cell types with specific tropism for macrophages. This bacterium is responsible for severe infections in numerous animal species and in humans. Of note, F. tularensis subsp. tularensis has been classified as a type A bioterrorism agent because of its high infectivity and very low infectious dose. Genome sequence analyses and genome-scale genetic studies have revealed the importance of genes involved in metabolic functions throughout the bacterial intracellular cycle. Among these genes, several amino acid transporter where found to belong to the amino-acid-polyamine organocation subfamily (APC), prompting us to address the role of these transporters in bacterial virulence. We first focused on the APC transporter encoded by gene FTN_0571 in F. tularensis subsp. novicida and named GadC. We showed that GadC was a genuine glutamate importer, necessary for Francisella intracellular multiplication and virulence. gadC inactivation completely blocked bacterial phagosomal escape. Remarkably, multiplication of a gadC mutant was restored in gp91phox-/- macrophages that are unable to generate reactive oxygen species. Altogether, our study revealed that glutamate uptake was critical in bacterial oxidative stress resistance in the phagosomal compartment and highlighted possible links between glutamate utilization and the tricarboxylic acid (TCA) cycle. These results prompted us to address the role of a second APC transporter sharing 33 % amino acid identity with GadC and named ArgP. argP inactivation severely delayed bacterial phagosomal escape, thus impairing intracellular multiplication and virulence. We demonstrated that ArgP was a high affinity arginine transporter, suggesting that impaired phagosomal escape might be directly linked to an arginine import defect. argP inactivation in the F. tularensis subsp. holarctica Live vaccine strain also leads to a severe intracellular multiplication defect, consistent with a conserved role among all F. tularensis subspecies. Arginine is an essential amino acid for F. tularensis. To understand the importance of this amino acid during the phagosomal phase of the Francisella intracellular life cycle, a proteomic analysis of the bacteria, in conditions of arginine limitation, was carried out. This analysis revealed that arginine limitation affected in the argP mutant the expression of a series of proteins and in particular of all the ribosomal proteins. One may imagine that intracellular bacteria could also sense nutrient limitations in the phagosome as a subcellular localization signal. Altogether, these studies constitute the first demonstration of the importance of amino acid acquisition during F. tularensis phagosomal escape.Francisella tularensis, l’agent étiologique de la tularémie, est une bactérie à multiplication intracellulaire facultative capable d’infecter de nombreux types cellulaires avec un tropisme particulier pour les macrophages. Cette bactérie est responsable d’infections graves chez de nombreuses espèces animales mais aussi chez l'homme. En particulier, la sous-espèce F. tularensis ssp tularensis a été classée comme agent de bioterrorisme de type A du fait de son pouvoir pathogène extrêmement élevé avec une faible dose infectieuse. Des approches de mutagénèse aléatoire et de criblage de banques de mutants ont suggéré l’importance des gènes impliqués dans les fonctions métaboliques et nutritionnelles dans le cycle intracellulaire de Francisella. Parmi ces gènes, on retrouve de très nombreux systèmes de transport d’acides aminés dont la sous-famille de transporteurs amino-polyamine-organocation (APC). Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à un transporteur APC codé par le gène FTN_0571, que nous avons appelé GadC. Pour comprendre l’importance de GadC dans la virulence de F. tularensis, nous avons réalisé un mutant chromosomique, délété du gène gadC, chez la sous-espèce novicida. Nous avons démontré que GadC est un importeur de glutamate et qu’il est nécessaire à la multiplication intracellulaire et à la virulence de Francisella, en assurant une sortie normale de la bactérie du phagosome. Ce phénomène s’explique par l’implication de GadC dans la résistance au stress oxydant généré dans le phagosome. De façon remarquable, la multiplication du mutant gadC est restaurée dans un contexte gp91phox-/-, incapable de générer des espèces réactives de l’oxygène, aussi bien in vitro qu’in vivo. Enfin, nous avons montré que l’activité de GadC modifie la production de certains intermédiaires du cycle de Krebs, et la transcription de l’enzyme qui leur est associée, démontrant un lien étroit entre la résistance au stress oxydant, le métabolisme du glutamate et la virulence de F. tularensis. Ces résultats nous ont conduits à nous intéresser à un autre transporteur appartenant à la sous-famille APC, présentant une homologie de 33% avec GadC, et que nous avons nommé ArgP. Nous montrons qu’un mutant argP présente un défaut de multiplication intracellulaire et de virulence résultant d’un retard sévère de sortie du phagosome. Ce phénotype s’explique par un défaut d’import d’arginine. L’inactivation du gène argP dans la sous-espèce holarctica LVS provoque des défauts de multiplication intracellulaire similaires à ceux observés dans la sous-espèce novicida, suggérant un rôle conservé du transporteur ArgP dans les différentes sous-espèces de F. tularensis. Comme l’arginine constitue un acide aminé essentiel pour la bactérie, nous nous sommes posés la question de l’importance de cet acide aminé durant la phase phagosomale. Une analyse du protéome bactérien du mutant argP de F. novicida, dans des conditions mimant les conditions nutritionnelles phagosomales, révèle que l’arginine joue un rôle prépondérant dans la traduction des protéines en affectant la synthèse des protéines ribosomales. L’ensemble des travaux réalisés au cours de cette thèse constitue la première démonstration de l’importance de l’acquisition d’acides aminés durant la phase phagosomale du cycle intracellulaire de F. tularensis