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Accueil > Départements > Microbiologie > Michael DUBOW : Génomique et Biodiversité microbienne des biofilms

Analyse moléculaire des communautés migratrices chez Bacillus subtilis

Simone SEROR

Centres d’intérêt

Notre centre d’intérêt continu a été l’étude du cycle cellulaire bactérien. Tout d’abord pour établir les étapes essentielles de l’initiation de la réplication chez Bacillus subtilis et plus tard l’identification et l’analyse du checkpoint de la réplication sous le contrôle de la Réponse Stringente (Autret et al., 1999). En 2000, à la recherche de nouvelles approches pour analyser le cycle cellulaire, nous nous avons entrepris l’étude de la phosphorylation des protéines sur les résidus Ser/Thr/Tyr et celle du phosphoprotéome of B. subtilis. Par la suite, nous avons concentré nos efforts sur une voie de signalisation nouvelle, constituée d’une kinase senseur de type eucaryote, PrkC, de la phosphatase correspondante, PrpC, et d’une GTPase essentielle, CpgA. Nous avons montré que ces protéines sont impliquées dans la biogénèse de la paroi cellulaire et sa coordination avec l’augmentation de la masse cellulaire. Nous avons également trouvé que cette voie de signalisation est impliquée dans les processus de sporulation et de formation des biofilms, ce qui nous a conduits à un nouveau thème de recherche concernant la nature des communautés bactériennes et comment elles sont construites et régulées. En particulier, nous nous intéressons au mécanisme de développement de la migration sur une surface par B. subtilis, un exemple fascinant de comportement social.

Analyse moléculaire des communautés migratrices chez Bacillus subtilis

Le "swarming" chez les bactéries exige des flagelles et implique un comportement coopératif par des groupes de cellules extrêmement mobiles. Cependant, le mécanisme sous-jacent du phénomène de migration est encore peu compris. En particulier, très peu de choses sont connues pour ce qui est de la migration chez B. subtilis. Nous avons d’abord établi un système robuste et reproductible sur un milieu défini (synthétique) montrant des profils dendritiques ramifiés complexes.

Ceci nous a permis de définir et caractériser in situ les étapes multiples du développement architectural du swarm (Julkowska et al., 2004, 2005).
Ces travaux ont exigé une approche pluridisciplinaire incluant une collaboration avec des chimistes (Debois et al., 2008), des physiciens et des mathématiciens (Marrocco et al., 2010). De manière importante, le système de migration que nous avons développé est idéal pour comprendre la formation complexe d’une communauté migratrice. En effet, toutes les étapes clés du développement ont lieu au niveau de la monocouche. Ceci facilite considérablement la réalisation de films, l’analyse de l’expression génique au niveau de la cellule unique et la caractérisation des différents types cellulaires impliqués, spatialement séparés (Hamze et al., 2011).

En particulier, nous avons démontré que la très petite sous-population de cellules spécialisées ou "swarmers" localisées (présentes) aux extrémités des dendrites montre une expression différentielle pour plusieurs gènes ainsi qu’une taille réduite, suggérant un arrêt du cycle cellulaire.
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Analyse du phosphoprotéome chez B. subtilis

Nous avons établi pour la première fois le phosphoprotéome (Ser/Thr/Tyr) de B. subtilis (Levine et al., 2006) Basés sur un marquage in vivo au P32, la réalisation de gels 2-D et l’identification des protéines phosphorylées. par spectrométrie de masse MS/MS, nos travaux ont montré, pour la première fois chez les bactéries, que le phosphoprotéome est dynamique et est impliqué dans une large gamme de processus cellulaires. Ces résultats soulignent clairement la portée essentielle de la phosphorylation Ser/Thr/Tyr chez les procaryotes.

Découverte et analyse de la voie de signalisation PrpC/PrkC/CpgA

Nous avons été les premiers à caractériser en détail une nouvelle voie de signalisation, constituée d’une Ser/Thr protéine-kinase senseur de type eucaryote, PrkC (Madec et al., 2002, 2003), et d’une phosphatase conservée, PrpC (Obuchowski et al., 2000). PrkC possède un domaine extracellulaire qui contient 3 domaines PASTA capables de se lier au peptidoglycane, indiquant ainsi que PrkC contrôle l’état de la paroi cellulaire. PrkC et PrpC, codées par deux gènes adjacents, fonctionnent en couple kinase/phosphatase et sont impliquées dans les phénomènes de développement de la sporulation et de la formation des biofilms (Madec et al., 2002).

Le gène cpgA, en aval de prkC, code une petite GTPase essentielle, CpgA, que nous avons analysée en détail. La structure cristalline de CpgA révèle une composition modulaire unique (Levdikov et al., 2004). Les cellules déplétées pour CpgA sont défectives pour la production de peptidoglycane (Cladière et al., 2006 ; Absalon et al., 2008). CpgA est associée aux ribosomes et nous avons proposé que l’un des rôles de CpgA est de contrôler la traduction d’un sous-groupe de protéines, y compris celles impliquées dans la biogénèse de la paroi. Nous avons également montré que les cibles de PrkC comprennent EF-Tu et CpgA elle-même. Ces résultats suggèrent fortement que les trois protéines, PrkC, PrpC et CpgA, font partie de la même voie de signalisation, laquelle est impliquée dans le couplage de la croissance et l’expansion de la paroi cellulaire chez B. subtilis (Absalon et al., 2009).

Mots-Clés :

checkpoint de la réplication, phosphoprotéome Ser/Thr/Tyr, voie de signalisation PrkC/PrpC/CpgA - communautés bactériennes - swarmers – profils dendritiques ramifiés - surfactine – flagelline – expression génique en cellule unique – Bacillus subtilis

Contact


SEROR Simone [Chercheur bénévole - UPSud - CDD]
Chercheurs rattachés à la direction
01 69 15 57 14 Orsay - Bât 400

Thématiques associées :

- Sécrétion des protéines (transporteur ABC) et rôle du Ca2+ chez E. coli, Barry HOLLAND, Directeur de recherche Associé

Publications majeures (depuis 2000)

Hamze K., Autret S., Hinc K, Laalami S., Julkowska D., Briandet R., Renault M., Absalon C., Holland I.B., Putzer H & Séror S.J. (2011) Single cell analysis in situ in a Bacillus subtilis swarming community identifies distinct spatially separated subpopulations differentially expressing hag (flagellin), including specialized swarmers. Microbiology, 157, 2456-2469

Marrocco, A., Henry, H., Holland, I.B., Plapp, M., Séror, S.J. & Perthame, B. (2010) Models of self-organizing bacterial communities and comparisons with experimental observations. Math. Model. Nat. Phenom., 5, 148-162

Absalon C., Obuchowski M., Madec E., Delattre D., Holland I.B. & Séror S.J. (2009) CpgA, EF-Tu and the Stressosome Protein YezB are Substrates of the Ser/Thr Kinase/Phosphatase Couple, PrkC/PrpC, in B. subtilis, Microbiology, 155, 932-943

Hamze K., Julkowska D., Autret S., Hinc K., Nagorska K., Sekowska A., Holland I.B. and Séror S.J. (2009) Identification of genes required for different stages of dendritic swarming in Bacillus subtilis with a novel role for phrC, Microbiology, 155, 398-412

Absalon C., Hamze K., Blanot D., Frehel C., Carballido-Lopez R., Holland B.I., van Heijenoort J. & Séror S.J. (2008) The GTPase, CpgA is implicated in the deposition of the peptidoglycan sacculus in B. subtilis. J. Bacteriol., 190, 3786-3790

Debois D., Hamze K., Guérineau V., Le Caër J-P., Holland I.B., Lopes P., Ouazzani J., Séror S. J., Brunelle A. & Laprévote O. (2008) In situ localization and quantification of surfactins in a Bacillus subtilis swarming community by imaging mass spectrometry Proteomics, 8, 3682-3691

Cladière L., Hamze K., Madec E., Levdikov V. M., Wilkinson A.J., Holland I.B. & Séror S.J. (2006). The GTPase, CpgA (YloQ), a putative translation factor, is implicated in morphogenesis in Bacillus subtilis. Mol. Gen. Genomics, 275, 409-420

Levine A, Vannier F., Kuhn L., Absalon C., Kuhn L., Jackson P., Elaine Scrivener, Labas V., Rossier J., Courtney P., Garin J. & Séror S.J. (2006) Analysis of the dynamic Bacillus subtilis Ser/Thr/Tyr phosphoproteome implicated in a wide variety of cellular processes. Proteomics, 7, 2157-2173

Séror S.J. & Holland I.B. (2006) Bacterial pattern formation, a poorly understood phenomenon controlled by a complex interplay of chemistry, fluid mechanics and genetics : can a mathematical treatment simplify the analysis ? Oberwolfach Reports, 2, 1413-1415

Julkowska D., Obuchowski M., Holland I. B. & Séror S.J. (2005) Comparative Analysis of the Development of Swarming Communities of Bacillus subtilis 168 and a Natural Wild Type : Critical Effects of Surfactin and the Composition of the Medium. J. Bacteriol., 187, 65-76

Julkowska D., Obuchowski M., Holland I. B. & Séror S. J. (2004) Branched swarming patterns on a synthetic medium formed by wild type Bacillus subtilis strain 3610 : detection of different cellular morphologies and constellations of cells as the complex architecture develops. Microbiology, 150, 1839-1849

Levdikov V.M., Blagova E., Brannigan, J.A.,Cladière L., Antson, Isupov M.N., Séror S.J. & Wilkinson A.J. (2004) The Crystal Structure of YloQ, a Circularly Permuted GTPASE Essential for Bacillus subtilis Viability. J. Mol. Biol., 340, 767-782

Cladière L., Blagova E., Levdikov V. M., Brannigan J. A., Séror S. J.& Wilkinson A. J. (2003) Crystallisation of YloQ, a GTPase of unknown function essential for Bacillus subtilis viability. Acta Crystallographica, D60, 329-330

Kobayashi K., Ehrlich S.D., …, Masson A., …, Seegers J.F.M.L., …, Séror S.J., … & Ogasawara N. Essential Bacillus subtilis genes. (2003) Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 100, 4678-4683

Madec E., Stensballe A., Kjellström S.J., Cladière L., Obuchowski M., Jensen O.N. & Séror S.J. (2003) Mass Spectrometry and Site-directed Mutagenesis Identify Several Autophosphorylated Residues Required for the Activity of PrkC, a Ser/Thr Kinase from Bacillus subtilis. J. Mol. Biol., 330, 459-472

Madec E., Laskiewicz A., Iwanicki A., Obuchowski M. & Séror S.J. (2002) Characterization of a membrane linked Ser/Thr protein kinase in Bacillus subtilis implicated in developmental processes. Mol. Microbiol., 46, 571-586

Obuchowski M., Madec E., Delattre D., Boël G., Iwanicki A., Foulger D. & Séror S.J. (2000) Characterization of PrpC from Bacillus subtilis, a member of the PPM phosphatase family. J. Bacteriol., 182, 5634-5638

Chapitre de livre

Masson A., Vannier F., Seegers J.F.M.L. & Séror S.J. (2000) Identification and analysis of cell cycle genes. In “Functional analysis of bacterial genes" : A practical manual. Eds W. Schumann, S.D. Ehrlich & N. Ogasawara. Published by John Wiley & Sons, Ltd. 197-200

Séror S.J. & Errington J. (2000) Cell cycle gene analysis. In "Functional analysis of bacterial genes" : A practical manual. Eds W. Schumann, S.D. Ehrlich & N. Ogasawara. Published by John Wiley & Sons, Ltd. 189-19

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