Rôle du régulateur Fur et des petits ARN non codants RfrA et RfrB dans l’homéostasie du fer et la virulence de Salmonella

La régulation de l’homéostasie du fer est cruciale chez les bactéries. Chez Salmonella, l’expression des gènes d’acquisition et du métabolisme du fer au moment approprié est importante pour sa survie et sa virulence. Cette régulation est effectuée par la protéine Fur et les petits ARN non codants RfrA et RfrB. Le rôle de ces régulateurs est d’assurer que le niveau de fer soit assez élevé pour la survie et le métabolisme de Salmonella, et assez faible pour éviter l’effet toxique du fer en présence d’oxygène. Les connaissances concernant le rôle de ces régulateurs ont été principalement obtenues par des études chez S. Typhimurium, un sérovar généraliste causant une gastro-entérite chez les humains. Très peu d’informations sont connues sur le rôle de ces régulateurs chez S. Typhi, un sérovar humain-spécifique responsable de la fièvre typhoïde. Le but de cette étude était de déterminer les rôles de Fur, RfrA et RfrB dans l’homéostasie du fer et la virulence de Salmonella, et de démontrer qu’ils ont une implication distincte chez les sérovars Typhi et Typhimurium. Premièrement, Fur, RfrA et RfrB régulent l’homéostasie du fer de Salmonella. Les résultats de cette étude ont démontré que Fur est requis pour la résistance au stress oxydatif et pour une croissance optimale dans différentes conditions in vitro. La sensibilité du mutant fur est due à l’expression des petits ARN RfrA et RfrB, et cette sensibilité est beaucoup plus importante chez S. Typhi que chez S. Typhimurium. Également, Fur inhibe la transcription des gènes codant pour les sidérophores en conditions riches en fer, tandis que les petits ARN RfrA et RfrB semblent être importants pour la production d’entérobactine et de salmochélines chez S. Typhi lors de conditions pauvres en fer. Ensuite, ces régulateurs affectent la virulence de Salmonella. Fur est important pour la motilité de Salmonella, particulièrement chez S. Typhi. Fur est nécessaire pour l’invasion des deux sérovars dans les cellules épithéliales, et pour l’entrée et la survie de S. Typhi dans les macrophages. Chez S. Typhimurium, Fur ne semble pas impliqué dans l’interaction avec les macrophages. De plus, les petits ARN RfrA et RfrB sont importants pour la multiplication intracellulaire de Salmonella dans les macrophages pour les deux sérovars. Finalement, la protéine Fur et les petits ARN RfrA et RfrB régulent l’expression de l’opéron fimbriaire tcf, absent du génome de S. Typhimurium. Un site de liaison putatif de la protéine Fur a été identifié dans la région promotrice de tcfA chez S. Typhi, mais une régulation directe n’a pas été confirmée. L’expression de tcf est induite par le fer et par Fur, et est inhibée par les petits ARN RfrA et RfrB. Ainsi, ces régulateurs affectent des gènes de virulence qui sont retrouvés spécifiquement chez S. Typhi. En somme, ce projet a permis de démontrer que les régulateurs de l’homéostasie du fer de Salmonella peuvent affecter la résistance de cette bactérie pathogène à différents stress, notamment le stress oxydatif, la croissance en conditions de carence en fer ainsi que la virulence. Ces régulateurs jouent un rôle distinct chez les sérovars Typhi et Typhimurium.

Regulation of iron homeostasis is crucial for bacteria. For Salmonella, proper timing of the expression of iron acquisition and metabolism genes is important for survival and virulence. This regulation is mediated by the protein Fur and the small non-coding RNAs (sRNAs) RfrA and RfrB. The role of these regulators is to assure that the iron level is high enough for survival and metabolism of Salmonella, and low enough to avoid the toxic effect of iron in the presence of oxygen. Thus far, information on the role of these regulators was principally obtained by studying S. Typhimurium, a generalist serovar causing gastro-enteritis in humans. Very little is known about the role of these regulators in S. Typhi, a human-specific serovar which causes typhoid fever. The goal of this study was to determine the roles of Fur, RfrA and RfrB in iron homeostasis and virulence of Salmonella, and to determine if they have a distinct implication in the serovars Typhimurium and Typhi. First, Fur, RfrA and RfrB regulate iron homeostasis in Salmonella. The results of this study have shown that Fur is required for resistance to oxidative stress and for optimal growth in different in vitro conditions. The sensitivity of the fur mutant is due to the expression of the sRNAs RfrA and RfrB, and this sensitivity is worse in S. Typhi than in S. Typhimurium. Also, Fur represses the transcription of the genes encoding siderophores in high-iron conditions, and the sRNAs RfrA and RfrB are required for enterobactin and salmochelins production in S. Typhi in low-iron conditions. Secondly, these regulators affect the virulence of Salmonella. Fur is important for the motility of Salmonella, especially in S. Typhi. Fur is required for the invasion of both serovars in epithelial cells, and for the uptake and survival of S. Typhi in macrophages. In S. Typhimurium, Fur is not required for the interaction with macrophages. Moreover, the sRNAs RfrA and RfrB are important for the intracellular multiplication of Salmonella within macrophages for both serovars. Finally, the Fur protein and the sRNAs RfrA and RfrB regulate the expression of the tcf fimbrial operon, absent from the genome of S. Typhimurium. A putative Fur binding site was identified in the tcfA promoter region of S. Typhi, but direct regulation has not been confirmed. tcf expression is activated by iron and Fur, and is inhibited by the sRNAs RfrA and RfrB. Therefore, these regulators affect virulence genes that are found specifically in S. Typhi. To conclude, this project demonstrates that the iron homeostasis regulators of Salmonella can affect the bacterial resistance to different stresses, espacially oxidative stress, the growth in iron-limiting conditions and virulence. These regulators have a distinct role in the serovars Typhi and Typhimurium.