Doctoral thesis (Dissertations and theses)
Structural and biochemical study of the proteins AmiC, NlpD and FtsW involved in the bacterial cell division
Rocaboy, Mathieu
2013
 

Files


Full Text
Structural and biochemical study of the proteins AmiC, NlpD and FtsW involved in the bacterial cell division - Mathieu Rocaboy.pdf
Author postprint (13.45 MB)
Download

All documents in ORBi are protected by a user license.

Send to



Details



Keywords :
Crystallography; Bacterial division; AmiC; NlpD; FtsW; Peptidoglycan
Abstract :
[en] Cell division in the Gram negative bacterium Escherichia coli is a highly coordinated mechanism involving various physiological functions such as chromosome segregation, cell envelope invagination, peptidoglycan synthesis at the division site and separation of the daughter cells. All these functions require a high level of spatio-temporal regulation in order to preserve the physical integrity of the cell. At least 20 proteins required for a proper cell division are recruited to the division site to form a supramolecular complex called the divisome. This thesis work focused on three major components of the E. coli division machinery: the N-acetylmuramyl L-alanine amidase AmiC, the LytM factor NlpD and the lipid II flippase FtsW. These proteins are recruited at midcell at a late stage of cell division. FtsW is an integral membrane protein crucial for the translocation of the peptidoglycan precursor from the cytoplasm to the periplasm where it will be processed to produce septal peptidoglycan. AmiC acts as a septal peptidoglycan hydrolase that allow the separation of the daughter cells. This enzyme has been shown to be activated by the LytM factor NlpD. The crystal structure of AmiC from E. coli presented in this work confirms the presence of an inhibitory helix in the active site. The AmiC variant lacking this helix exhibits by itself an activity comparable to that of the wild type AmiC activated by NlpD. Furthermore, the direct interaction between AmiC and NlpD has been detected by microscale thermophoresis with an apparent Kd of about 13 µM. The crystal structure of AmiC also reveals the β-sandwich fold of the AMIN domain, responsible for the septal targeting of AmiC to the division site. The two symmetrical four-stranded β-sheets exhibit highly conserved motifs on the two outer faces. Along with the peptidoglycan binding capacity of the AMIN domain, results obtained so far suggest that the AMIN domain could be involved in the recognition of a specific peptidoglycan architecture or a composition different than the lateral peptidoglycan. Production screenings of FtsW from different strains were realized and FstW from E. coli was purified. This challenging project will require additional efforts to obtain sufficient amount of protein for structural investigation. Information gathered in this work confirms the high level of regulation of the hydrolytic activity at the septum and gives a structural basis for a more precise molecular characterization of the division site targeting. Disruption or over-activation of these regulation mechanisms could represent a new strategy in the development of antibacterial compounds.
[fr] La division cellulaire chez la bactérie à Gram négatif Escherichia coli est un processus cellulaire regroupant de nombreuses fonctions physiologiques telles que la ségrégation chromosomique, l’invagination de la paroi cellulaire, la synthèse de peptidoglycane au site de division et la séparation des cellules filles. Toutes ces fonctions nécessitent un haut niveau de régulation spatio-temporelle afin de préserver l’intégrité physique de la cellule. Au moins 20 protéines impliquées dans la division cellulaire sont recrutées au site de division pour former un complexe multi-protéique appelé divisome. Ce travail de thèse porte sur trois membres de la machinerie de division d’E. coli : la N-acetylmuramyl L-alanine amidase AmiC, le facteur LytM NlpD et FtsW, la flipase du lipide II. Ces protéines sont recrutées au milieu de la cellule à un stade avancé de la division. FtsW est une protéine intégralement membranaire indispensable à la translocation du précurseur du peptidoglycane du cytoplasme vers le périplasme où il sera pris en charge pour produire le peptidoglycane septal. AmiC est une hydrolase du peptidoglycane septal qui permet la séparation des cellules filles. Il a été montré que cette enzyme est activée par NlpD (facteur LytM). La structure cristallographique d’AmiC d’E. coli présentée dans ce travail confirme la présence d’une hélice inhibitrice dans le site actif. Le variant d’AmiC dépourvu de cette hélice possède une activité comparable à celle d’AmiC sauvage activé par NlpD. De plus, l’interaction directe entre AmiC et NlpD a été détectée par thermophorèse avec un Kd apparent d’environ 13 µM. La structure cristallographique d’AmiC révèle également pour la première fois l’architecture du domaine AMIN avec un repliement de type β-sandwich. Ce domaine, responsable de la localisation au site de division, est composé de deux feuillets symétriques comportant chacun quatre brins β et exposant des motifs conservés sur leurs faces externes. En prenant en compte la capacité du domaine AMIN à lier le peptidoglycane, les résultats obtenus suggèrent que le domaine AMIN pourrait être impliqué dans la reconnaissance d’une architecture ou composition spécifique du peptidoglycane au site de division. Des criblages de production de protéines FtsW provenant de différentes souches ont été réalisés et la protéine FtsW d’E. coli a été purifiée. Cette partie du projet nécessitera davantage d’efforts pour obtenir des quantités suffisantes de protéines en vue d’une étude structurale. Les informations récoltées au terme de ce travail confirment le haut niveau de régulation de l’activité hydrolytique au niveau du septum et fournissent une base structurale pour une caractérisation plus précise des déterminants de l’adressage au site de division. La suppression ou la sur-activation de ces systèmes de régulation pourraient représenter une nouvelle stratégie dans le développement de composés antibactériens.
Research center :
CIP - Centre d'Ingénierie des Protéines - ULiège
Disciplines :
Biochemistry, biophysics & molecular biology
Author, co-author :
Rocaboy, Mathieu ;  Université de Liège - ULiège > Centre d'ingénierie des protéines
Language :
English
Title :
Structural and biochemical study of the proteins AmiC, NlpD and FtsW involved in the bacterial cell division
Alternative titles :
[fr] Etude structurale et biochimique des protéines AmiC, NlpD et FtsW impliquées dans la division cellulaire bactérienne
Defense date :
17 December 2013
Number of pages :
144
Institution :
ULiège - Université de Liège
Degree :
Doctorat en Sciences
Promotor :
Charlier, Paulette ;  Université de Liège - ULiège > Département des sciences de la vie > Macromolécules biologiques
Terrak, Mohammed  ;  Université de Liège - ULiège > Integrative Biological Sciences (InBioS)
President :
Joris, Bernard ;  Université de Liège - ULiège > Département des sciences de la vie
Secretary :
Feller, Georges ;  Université de Liège - ULiège > Integrative Biological Sciences (InBioS)
Jury member :
El Ghachi, Meriem ;  Université de Liège - ULiège > Département des sciences de la vie > Centre d'ingénierie des protéines
Goormaghtigh, Erik
Wouters, Johan
Vollmer, Waldemar
Name of the research project :
Structural and biochemical study of the proteins AmiC, NlpD and FtsW involved in the bacterial cell division
Funders :
FRIA - Fonds pour la Formation à la Recherche dans l'Industrie et dans l'Agriculture [BE]
Centre d'Ingénierie des Protéines (CIP) - Université de Liège
Available on ORBi :
since 19 December 2013

Statistics


Number of views
388 (57 by ULiège)
Number of downloads
1144 (61 by ULiège)

Bibliography


Similar publications



Contact ORBi