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Accueil > Départements > Biologie des Génomes > Frédéric BOCCARD : Conformation et Ségrégation du chromosome bactérien

Frédéric BOCCARD : Présentation de l’équipe

Le projet développé dans notre équipe concerne la structuration du chromosome chez le colibacille et chez les bactéries Pseudomonas. Il a pour objectif i) de révéler les principes d’organisation du chromosome, ii) de caractériser les mécanismes moléculaires impliqués, iii) d’analyser la coordination de la ségrégation du chromosome avec la progression du cycle cellulaire.

Organisation du chromosome bactérien

Organisation du chromosome chez E. coli

La taille des génomes rapportée aux dimensions de la cellule impose une condensation de la molécule d’ADN. Ce processus doit néanmoins présenter une organisation dynamique permettant l’expression des gènes et la ségrégation exacte des chromosomes à chaque division cellulaire. Chez les entérobactéries, telle que E. coli, une organisation à grande distance, a d’abord été mise en évidence ; elle implique des régions d’environ 1 Mb isolées génétiquement et spatialement, appelé Macrodomaines (MD) (Valens et al., 2004).

La caractérisation des processus assurant la structuration des différents MD a été initiée dans notre équipe. Les déterminants du domaine MD Ter ont pu être caractérisés (Mercier et al., 2008) : il s’agit d’une séquence de 13 nucléotides appelée matS (Macrodomaine Ter Sequence), présent en 21 copies dans la région de 800 kilobases. La protéine qui reconnait cette séquence a été identifiée et appelée MatP (Macrodomaine Ter Protein). L’interaction de MatP (qui existe en solution sous forme de dimère) avec les sites matS favorise la co-localisation des 2 régions Ter après réplication (Mercier et al., 2008).

Nous avons réalisé une analyse structure-fonction de la protéine MatP pour identifier les régions impliquées dans ses différentes activités (dimérisation, liaison au site matS, formation du Macrodomaine Ter, colocalisation des domaines Ter dupliqués, contrainte de l’ADN). Grâce à la construction de mutants et à leur caractérisation, nous avons identifié la région impliquée dans la liaison à l’ADN (partie N-terminale), la région nécessaire à la dimérisation de MatP (région centrale), la région impliquée dans l’organisation du macrodomaine Ter (région C-terminale).

Le MD Ter est attiré au centre de la cellule au moment de la réplication et les deux MD Ter dupliqués resteront co-localisés dans cette région pendant une longue période ; les deux MD Ter seront ségrégés dans les futures cellules filles peu avant la division cellulaire (Espeli et al., 2008). Cette analyse a également permis de montrer que MatP interagissait spécifiquement avait la protéine ZapB associée à l’appareil de division (voir plus loin).

La structure cristallographique du complexe MatP-matS a été résolue par le groupe du Dr. Maria Schumacher (Duke University, Durham, North-Carolina, USA) ; la structure du complexe est tout à fait concordante avec les prédictions issues de l’analyse structure-fonction. De manière remarquable, la détermination de la structure du complexe MatP-matS a révélé que MatP formait des tétramères par interaction entre les régions C-terminales. La formation de tels tétramères permettrait de lier des sites matS distants de plusieurs dizaines de kilobases.

MatP-matS
Structure du complexe MatP-matS (à gauche) et structure d’un dimère de dimère (à droite)

Différentes approches sont utilisées pour révéler la nature de la structuration des autres macrodomaines. Une première méthode consiste à changer la configuration du chromosome par transposition de grands segments (Thiel et al., 2012) et d’analyser la propriété des fragments après le réarrangement génétique. Cette approche nous a permis de révéler qu’un locus unique dans le MD Ori délimité dans une région de 200 bp est responsable des contraintes présentes dans le domaine Ori. La seconde approche consiste à analyser le comportement de segments excisés du chromosome ; les résultats obtenus par cette approche confirment la nature de structuration des différentes régions (Valens et al., in preparation).

Organisation du chromosome chez P. aeruginosa

Notre projet vise à comprendre l’organisation et la ségrégation du chromosome chez les bactéries Pseudomonas, groupe de γ-protéobactéries impliquées dans de nombreuses pathologies, humaines et végétales, mais aussi utilisées en industrie pour leurs applications biotechnologiques.

Nos travaux actuels ont permis de démontrer une organisation longitudinale du chromosome entre les 2 pôles de la cellule, avec la présence d’une structuration particulière affectant deux régions, l’une proche de l’origine de réplication et l’autre proche du terminus de réplication. Ces travaux ont aussi révélé un positionnement préférentiel des fourches de réplication au centre de la cellule. Après réplication, les chromatides sœurs sont ségrégés séquentiellement et progressivement à des positions cellulaires spécifiques (Vallet-Gely and Boccard, 2013).

Modèle d’organisation du chromosome de P. aeruginosa

Mots-clés

Conformation de l’ADN, ségrégation du chromosome, Recombinaison, bactérie, cycle cellulaire, architecture cellulaire

Contact


BOCCARD Frederic [Directeur de Recherche - CNRS]
Equipe Boccard F. - Conformation et Ségrégation du Chromosome bactérien [Responsable]
01 69 82 32 17 Gif - Bât 26

publié le , mis à jour le