CGM - Département Expression des Gènes

Régulation génétique chez Salmonella et ses phages : plus sur l'équipe

Responsable : Lionello BOSSI

  MàJ : 21/02/12

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Thématiques de recherche

Petits ARN régulateurs et enveloppe bactérienne

Chez tous les organismes, une pléthore de petits ARN non-codants intervient dans la régulation de l'expression génique au niveau post-transcriptionnel. La plupart de ces molécules exercent leur fonction en s’appariant avec des séquences complémentaires sur des ARN messagers (ARNm) cibles. Chez les bactéries, l’activité de plusieurs petits ARN régulateurs est médiée par une protéine chaperonne, Hfq, qui stabilise le petit ARN et stimule son interaction avec l’ARNm. L'appariement du petit ARN à la région 5' non-traduite de l'ARNm généralement occlut le site de reconnaissance du ribosome provoquant l'inhibition de la traduction et, souvent, la dégradation de l'ARNm. Par ses caractéristiques, ce type de régulation est particulièrement adapté à permettre des changements rapides des niveaux protéiques lors de transitions environnementales ou face à des conditions de stress.

A l'interface avec le milieu extérieur, l’enveloppe des bactéries gram-négatifs (l'ensemble comprenant la membrane interne, le périplasme et la membrane externe) est particulièrement exposée aux agressions de l'environnement. Des conditions qui perturbent l'assemblage ou le repliement de protéines de l'enveloppe induisent  une série d'ajustements désignés pour corriger ces défauts. Une de ces réponses fait appel à un facteur de transcription alternatif s^E. Normalement inactif, car séquestré par la protéine transmembranaire RseA, le facteur s^E est libéré suite à la protéolyse de RseA déclenchée par l'accumulation de formes mal repliées de porines dans l'espace périplasmique. s^E promeut la transcription d'un ensemble de gènes dont les produits (catalyseurs du repliement, chaperons et protéases) permettent la correction des défauts de repliement ainsi que l'élimination des protéines défectueuses. De plus, le régulon inclut au moins deux gènes codant pour des petits ARN qui répriment la synthèse des principales porines. D'autres petits ARN, synthétisés  en dehors de la réponse s^E-dépendante, participent également à la régulation des porines et d'autres protéines de la membrane externe.

Figure ci-contre : Sélection de mutants à l'intérieur de colonies bactériennes. La souche de départ porte une délétion du gène pour le facteur anti-s^E, RseA, et une fusion de l'opéron lactose à un gène sous le contrôle de s^E. L'activation constitutive de la réponse s^E (signalée par la coloration rouge des colonies sur milieu MacConkey-lactose) a des effets toxiques qui provoquent un taux élevé de mortalité des bactéries dans des colonies vieillissantes. Les microcolonies blanches résultent de mutations dans le gène rpoE s^E qui restaurent la viabilité.

Dans notre laboratoire, l'utilisation de fusions génétiques dans l'étude de la régulation de gènes de l'enveloppe par des petits ARN chez Salmonella a conduit au développement de cribles génétiques basés sur l'operon lactose permettant l'identification de mutations dans des gènes de petits ARN. Une vaste collection de mutants affectés dans la fonction régulatrice de différents petits ARN a pu ainsi être générée. La caractérisation de ces mutants in vivo et in vitro fournit des renseignements intéressants sur différents aspects du fonctionnement des petits ARN, tels quels le rôle de l'appariement dans la reconnaissance/discrimination de l'ARN cible, le mécanisme par lequel l'appariement entraîne la dégradation de l'ARNm et les déterminants de la fixation de Hfq. Ce travail devrait permettre une analyse approfondie des relations structure/fonction chez les petits ARN.

Poly-lysogénie chez Salmonella

Figure ci-contre : Capside du phage Gifsy-2. Reconstruction tridimensionnelle à partir des données de Cryomicroscopie Electronique en Transmission (Cryo-MET). Vue selon un axe icosaédrique d’ordre 2: en haut, vue extérieure; en bas, vue interne (a) Procapside de Gifsy-2 (orange) (b) Procapside après expansion (verte) (c) Capside mature vide (bleue). Insert : diagramme de l’arrangement des positions des capsomères pour une capside icosaédrique T = 7 l (barre d’échelle : 100Å). Effantin, Figueroa-Bossi, Schoehn, Bossi & Conway, non publié.

Le genre Salmonella comprend une vaste famille de bactéries pathogènes ubiquitaires qui infectent un large spectre d'espèces animales. Salmonella enterica sous-espèce I, responsable de la quasi-totalité des infections humaines, inclut environ 1500 sérovars. Une source importante de diversité, y compris chez des isolats appartenant au même sérovar, résulte de la présence d'un répertoire variable de prophages. La majorité des souches du sérovar Typhimurium abrite entre 4 et 6 prophages dans leurs génomes. Les prophages Gifsy-1, Gifsy-2 et Gifsy-3 identifiés dans notre laboratoire portent tous les trois des gènes qui contribuent à la pathogénicité. le gène sodCI codant pour une superoxide dismutase périplasmique impliquée dans la résistance des bactéries à la réponse immunitaire (Gifsy-2), et les gènes gogB, sseI et sspH1 codant pour des protéines sécrétées dans la cellule hôte par des systèmes de sécrétion de type III (prophage Gifsy-1, Gifsy-2 et Gifsy-3, respectivement). Tous ces gènes sont exprimés indépendamment du programme viral et ils sont branchés sur les circuits de régulation de la bactérie.

En effet, l'intense brassage génétique produit par la recombinaison entre phages/prophages joue un rôle majeur, non seulement dans l'évolution de phages, mais également dans celle de leurs hôtes bactériens. Par ailleurs, il est possible d'envisager l'implication des phages dans l'émergence de nouvelles souches pathogènes. La mise en évidence d'une telle implication constitue un des axes de recherche du laboratoire.

Analyse génétique de l'ADN gyrase

L'ADN gyrase est une topoisomérase bactérienne de type II. Cette classe d'enzymes catalyse l'interconversion de différentes formes topologiques de l'ADN par un mécanisme de clivage transitoire d'un segment d'ADN et le passage d'un deuxième segment à travers la cassure. L'ADN gyrase (un homodimère à structure A2B2) introduit des supertours négatifs dans l'ADN bactérien, et elle intervient dans la relaxation des supertours positifs générés localement lors des processus de transcription et de réplication. Le cycle catalytique de la gyrase comporte deux étapes successives d'ouverture et de refermeture de portails moléculaires contrôlant le passage de l'ADN.

Au cours d'études sur les relations entre surenroulement de l'ADN et transcription chez Salmonella, de nombreux mutants de la gyrase ont été isolés au laboratoire. Parmi ces isolats, certains mutants gyrA se distinguent par leur phénotype d’induction constitutive du système SOS. Ce phénotype pourrait résulter d'un défaut au niveau de la progression des fourches de réplication. Récemment, le séquençage de ces mutants a confirmé qu'ils représentent une nouvelle classe d'allèles vraisemblablement affectés dans le fonctionnement du portail de sortie de l'ADN. La sélection de révertants de l’un de ces mutants a conduit à l'identification de mutations compensatoires localisées à d'autres positions de la sous-unité GyrA ainsi que dans la sous-unité GyrB. Analysés vis-à-vis des données cristallographiques obtenues sur la sous-unité GyrA de Escherichia coli, et sur d’autres topoisomérases de type II, ces résultats offrent des renseignements sur des relations structure/fonction au sein de la gyrase. La caractérisation ultérieure de ces mutants pourrait permettre de mieux définir son rôle au cours de la réplication de l'ADN.

Publications depuis 1984