The Fnr protein and the two component system ResDE, two major regulators of enterotoxin gene expression in Bacillus cereus

Bacillus cereus is an opportunistic pathogen responsible of two types of food-borne diseases, classified as emetic and diarrhoeal syndromes. The diarrhoeal syndrome results from the production of enterotoxins (Hbl, Nhe and CytK) in the host small intestine, which constitutes a high reducing anoxic environment. The ability of B. cereus to produce enterotoxins and grow well in such environment is controlled by two global regulators that may function independently of the pleiotropic virulence regulator PlcR (Phospholipase C Regulator). These two regulators are the two-component system ResDE and the redox regulator Fnr (Fumarate Nitrate Reductase). The aim of this study was to establish the role of Fnr and ResDE in the virulence regulatory pathway of B. cereus. The results showed that transcriptional regulation of hbl and nhe was directly and indirectly controlled by Fnr and ResD. In aerobiosis, Fnr interaction (apo form) with the promoter regions of the enterotoxin structural genes (pnhe and phbl) and the enterotoxin regulator genes (presDE, pfnr and pplcR) depends on its oligomeric state. DNA binding affinity of ResD for pnhe, phbl, presDE, pfnr and pplcR depends on the promoter sequences and affinity for presDE and pfnr depends on its phosphorylation state. ResD and Fnr were found to physically interact and simultaneously bind their target DNAs. We proposed a model for regulation of enterotoxin genes expression in which ResD and Fnr could act synergically. Finally, yeast two-hybride experiments showed that PlcR could physically interact in vivo with Fnr and ResD. Enterotoxin genes expression of B. cereus could thus be controlled through a mechanism including a ternary complexBacillus cereus est un pathogène opportuniste à l'origine de deux types de toxi-infections alimentaires classées en syndrome émétique ou diarrhéique. Le syndrome diarrhéique résulte de la production d'entérotoxines (Hbl, Nhe et CytK) au niveau de l'intestin grêle de l'hôte, caractérisé par une atmosphère anaérobie et un faible potentiel d'oxydo-réduction (POR). La capacité de B. cereus à se développer et à produire des entérotoxines dans ces conditions est sous le contrôle de deux systèmes qui agissent, en partie, indépendamment du régulateur pléiotrope connu, PlcR (Phospholipase C Regulator). Il s'agit du système à deux composants ResDE et de la protéine Fnr (Fumarate Nitrate Reductase). Le but de cette étude a été de caractériser d'un point de vue fonctionnel l'implication du régulateur Fnr et du système ResDE dans la toxinogenèse de B. cereus. Les résultats ont montré que la régulation de la transcription de hbl et nhe était sous le contrôle direct et indirect de Fnr et de ResD. En aérobiose, la fixation de Fnr (forme Apo) sur les régions promotrices des gènes de structure des entérotoxines (pnhe et phbl) et des gènes de régulation (presDE, pfnr et pplcR) dépend des conditions redox. L'affinité de ResD pour pnhe, phbl, presDE, pfnr et pplcR dépend des séquences de ces régions promotrices et son affinité pour les régions promotrices presDE et pfnr dépend de son état de phosphorylation. ResD et ApoFnr sont capables de se fixer simultanément sur les régions promotrices étudiées et sont également capables d'interagir physiquement en l'absence d'ADN. Nous avons proposé un modèle de régulation de la toxinogenèse dans lequel ResDE et Fnr pourraient agir en synergie. Enfin des expériences de double hybride ont permis de mettre en évidence que la protéine PlcR pourrait interagir in vivo avec les régulateurs ResD et Fnr. La régulation de la toxinogenèse impliquerait donc la formation d'un complexe multi-moléculair