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Characterization of Panacea-containing toxin-antitoxin systems

par Peeters, Sarah
Président du jury Andris, Fabienne
Promoteur Garcia-Pino, Abel
Publication Non publié, 2023-09-06

Mémoire

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Résumé :

Toxin-antitoxin systems are genetic elements, encoded in the same operon, that can be found in mobile genetic elements or the chromosome of bacteria and archaea. They are classified in 8 different types and have several roles, including phage defense. In 2021, Kurata et al discovered a domain of unknown function, Panacea, that is retrieved in many different antitoxins, neutralizing toxins with different function. Moreover, they did directed evolution experiments and showed that Panacea was hyperpromiscuous: it can neutralize several non homologous and non cognate toxins. This project aims to structurally characterize 5 Panacea containing type II modules: PanA/PhRel2 from Lactobacillus animalis (PanA/PhRel2Lac. ani.), PanA/MazF from Pseudomonas moraviensis (PanA/MazFPse. mor.), PanA/Doc from Corynebacterium doosanense (PanA/DocCor. doo.), PanA/CapRel from Vibrio harveyi (PanA/CapRelVib. har.)and PanA/Cyclase from Burkholderia prophage (PanA/CyclaseBur. pro.). The goal of this characterization is to understand how Panacea containing antitoxins neutralize their cognate toxins and to determine their function, which could be linked to phage recognition. Our results reveal that PanA prevents the toxin activity by binding to its active site through a C-terminal helix in PanA/PhRel2Lac. ani. and PanA/MazFPse. mor. and that they both are able to form different complex configurations depending on their stoichiometry. PanA/DocCor. doo. has not been diffracted efficiently enough to have exploitable data for its structure and two other studied complex have not been successfully purified to make crystals.

Les systèmes toxines-antitoxines sont des éléments génétiques, codés dans le même opéron, que l'on trouve dans les éléments génétiques mobiles ou dans les chromosomes des bactéries et des archées. Ils sont classés en 8 types différents et ont plusieurs rôles, dont la défense contre les phages. En 2021, Kurata et al ont découvert un domaine de fonction inconnue, Panacea, qui est retrouvé dans de nombreuses antitoxines différentes, neutralisant des toxines ayant des fonctions différentes. De plus, ils ont réalisé des expériences d'évolution dirigée et ont montré que Panacea était capable de neutraliser plusieurs toxines non homologues et non associées. Ce projet vise à caractériser structurellement 5 modules de type II contenant Panacea : PanA/PhRel2 de Lactobacillus animalis (PanA/PhRel2Lac. ani.), PanA/MazF de Pseudomonas moraviensis (PanA/MazFPse. mor.), PanA/Doc de Corynebacterium doosanense (PanA/DocCor. doo.), PanA/CapRel de Vibrio harveyi (PanA/CapRelVib. har.) et PanA/Cyclase de Burkholderia prophage (PanA/CyclaseBur. pro.). Le but de cette caractérisation est de comprendre comment les antitoxines contenant Panacea neutralisent leurs toxines associées et de déterminer leur fonction, qui pourrait être liée à la reconnaissance des phages.Nos résultats révèlent que PanA empêche l'activité de sa toxine associée en se liant à son site actif par l'intermédiaire d'une hélice C-terminale dans PanA/PhRel2Lac. ani. et PanA/MazFPse. mor. et qu'ils sont tous deux capables de former différentes configurations de complexes en fonction de leur stœchiométrie. Les données de diffractions de PanA/DocCor. doo. n’étaient pas exploitables et les deux autres complexes étudiés n'ont pas été purifiés de manière suffisante pour la cristallographie.