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Posté par Adrien le Lundi 15/01/2018 à 01:10
Bactérie: une pause nécessaire pour se transformer !
La bactérie Streptococcus pneumoniae, communément appelée le pneumocoque, est capable d'intégrer dans son génome des séquences d'ADN présentes dans le milieu extérieur. Ce processus, appelé transformation, nécessite l'induction d'un état physiologique transitoire, la compétence. Des chercheurs du Laboratoire de Microbiologie (La microbiologie est la science qui étudie les micro-organismes (ou microorganismes).) et Génétique Moléculaires ont publié le 20 novembre dans la revue Nature Communications la mise en évidence d'un arrêt programmé de la division (La division est une loi de composition qui à deux nombres associe le produit du premier par l'inverse du second. Si un nombre est non nul, la fonction "division par ce nombre" est la réciproque de la fonction "multiplication par ce...) cellulaire lors la compétence, dont le rôle est d'assurer la maintenance de l'intégrité du génome transformé.

Chez tous les organismes vivants, les différents mécanismes de réparation de l'ADN sont coordonnés avec la progression du cycle cellulaire pour assurer l'intégrité des chromosomes, la multiplication (La multiplication est l'une des quatre opérations de l'arithmétique élémentaire avec l'addition, la soustraction et la division .) des cellules et leur survie. C'est le cas du système SOS chez les bactéries, dont l'induction, suite à l'endommagement de son génome, s'accompagne de l'inhibition de la division cellulaire. Plusieurs espèces bactériennes sont dépourvues du système SOS, parmi lesquelles Streptococcus pneumoniae (le pneumocoque), un pathogène humain majeur. Chez cette bactérie, des agents endommageant l'ADN, incluant des antibiotiques, induisent le processus de transformation génétique naturelle.


Figure: ComM bloque transitoirement la division cellulaire pendant la transformation. Ce blocage facilite la résolution des dimères de chromosomes générés au cours du processus de transformation. Le schéma du haut représente un ADN transformant (rouge) s'hybridant sur les deux copies (verte et bleue) d'un chromosome partiellement répliqué. Le schéma du bas représente le chromosome dimère résultant de la résolution et de la réplication de l'intermédiaire produit par l'hybridation de l'ADN transformant sur les 2 copies du chromosome néo-répliqué. Le blocage de division médié par ComM laisse plus de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) aux cellules pour résoudre et ségréger un monomère de chromosome dans chaque cellule fille. En l'absence de ComM, la division peut provoquer la fragmentation du chromosome dimère par effet guillotine, entrainant ainsi la mort (La mort est l'état définitif d'un organisme biologique qui cesse de vivre (même si on a pu parler de la mort dans un sens cosmique plus général, incluant...) de la cellule transformée.
Les origines de réplication (Ori1 et Ori2) et les termini (Ter1 et Ter2) sont indiqués.
@ Nathalie Campo

La transformation naturelle est un mécanisme d'échange d'ADN très conservé chez les bactéries, qui contribue à leur diversification en permettant des échanges de gènes intra- et inter-espèces. Cette capacité à « transformer » est généralement transitoire et requiert le développement d'un état physiologique particulier, dit de « compétence ». La transformation dépend d'une machinerie spécialisée, synthétisée et assemblée par les cellules compétentes, qui assure la fixation d'ADN exogène double-brin, l'internalisation dans la cellule sous forme de fragments simple-brin, puis leur intégration physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général...) dans le chromosome par recombinaison homologue.

Dans cette étude, les auteurs révèlent un lien inédit entre la compétence et le cycle cellulaire du pneumocoque. Ils montrent que la division cellulaire est retardée au cours de la compétence. L'analyse précise des paramètres morphologiques de cellules isolées indique qu'elles sont bloquées à l'étape de constriction, qui correspond à l'invagination de la membrane cytoplasmique au milieu de la cellule mère. Une seule protéine apparait nécessaire et suffisante pour provoquer ce blocage transitoire de division et de croissance cellulaire, rallongeant d'un tiers la durée du cycle cellulaire. Cet inhibiteur de division est la protéine membranaire ComM, dont l'expression est fortement induite dans les cellules compétentes et où elle s'accumule au site de constriction.

L'identification de ComM a permis aux auteurs de construire des souches mutantes pour étudier le rôle de l'arrêt de division lors du processus de transformation. Une source majeure d'ADN exogène pour les cellules compétentes est l'ADN du génome issu d'autres cellules de la population en croissance. L'intégration dans le génome, par recombinaison, de cet ADN parfaitement homologue génère la fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une...) à haute fréquence des deux copies néo-répliquées à partir de l'unique chromosome circulaire (voir Figure). Il en résulte une sous-population de cellules transformées dont le génome est un dimère de chromosomes. La résolution de ce dimère en deux monomères est essentielle pour éviter sa fragmentation par effet guillotine à l'étape de constriction de la division cellulaire et permettre la ségrégation des monomères dans les cellules filles. C'est précisément à ce niveau que l'action de ComM est bénéfique à la transformation: en induisant une pause de la constriction, ComM permet l'exécution du processus de résolution du dimère de chromosome dans une fenêtre de temps suffisante, ce qui évite la fragmentation du génome et sauve les cellules transformées.

La plasticité génétique du pneumocoque à laquelle contribue fortement la transformation génétique est un élément clé de sa pathogénicité. Aussi, les auteurs de cette étude proposent que l'arrêt de division transitoire dépendant de ComM contribue au potentiel élevé d'adaptation de cette bactérie en optimisant le processus de transformation sans compromettre la viabilité des cellules.

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Source: CNRS-INSB