Investigating the dialogue between prophages and bacteria : role of AppY, a bi-functional regulator of phage origin in host physiology

L’intégration des génomes de phages au sein des génomes bactériens sous forme de prophages constitue un réservoir de gènes promouvant la diversité génétique des bactéries. Certains gènes de prophages peuvent être exprimés et conférer un avantage sélectif à leur hôte. Escherichia coli K-12 possède 9 prophages défectifs dont DLP12, qui code pour AppY, un régulateur transcriptionnel de la famille AraC/XylS. J’ai entrepris des études transcriptomiques pour définir le régulon d’AppY et comprendre l’implication de ce régulateur d’origine prophagique dans la physiologie bactérienne. Les données ont montré qu’AppY module l’expression de 200 gènes dont 13 sont sous son contrôle direct. L’étude détaillée de ces différentes cibles à montrer qu’AppY augmente la résistance au stress acide ainsi que la formation de biofilm et diminue la motilité bactérienne. Ce régulateur transcriptionnel d’origine prophagique confère donc un avantage adaptatif aux bactéries le possédant. En parallèle, j’ai découvert un nouveau rôle d’AppY, indépendant de sa fonction de régulateur transcriptionnel, dans la régulation du facteur sigma RpoS. Dans des conditions de croissance favorables, RpoS interagit avec la protéine adaptatrice RssB qui le conduit à la dégradation par la protéase ClpXP. AppY interagit directement avec RssB entrainant ainsi la stabilisation de RpoS et faisant d’AppY la première protéine d’origine phagique stabilisant ce facteur sigma. Le rôle central d’AppY, un régulateur d’origine phagique, dans le réseau de régulation bactérien montre l’importance d’étudier le dialogue génétique établi entre les prophages et les bactéries pour comprendre pleinement la physiologie bactérienne.The integration of phages into the bacterial genome in the form of prophages constitutes a gene pool promoting genetic diversity of bacteria. Some prophage genes can be expressed and confer a selective advantage to their host. Escherichia coli K-12 carries 9 defective prophages including DLP12, which encodes AppY a transcriptional regulator of the AraC/XylS family. I first undertook transcriptomic studies to define the AppY regulon and to understand the involvement of this prophage-encoded transcriptional regulator in bacterial physiology. The data I obtained showed that AppY modulates the expression of about 200 genes which 13 are under direct AppY control. The in-depth study of these different targets allowed to show that AppY increases resistance to acid stress as well as biofilm formation and decreases bacterial motility. Therefore, this transcriptional regulator of prophage origin confers an adaptive advantage to bacteria possessing it. In parallel, I discovered a new role for AppY, independent of its transcriptional regulator function, in the regulation of the RpoS sigma factor. Under favorable growth conditions, RpoS interacts with the adaptor protein RssB, which leads to its degradation by the ClpXP protease. I have shown that AppY interacts directly with RssB leading to stabilization of RpoS. AppY is the first protein of phage origin shown to interfere with this proteolytic pathway. Overall, my thesis work highlights the central role of AppY, a prophage-encoded regulator, in the bacterial regulatory network and shows the importance of taking into account the genetic dialogue established between prophages and bacteria to fully understand bacterial physiology