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Posté par Adrien le Vendredi 25/09/2015 à 00:00
Un modèle inédit du mécanisme de ségrégation active des chromosomes bactériens
L'équipe de Jean-Yves Bouet au Laboratoire de microbiologie et génétique moléculaires, en collaboration avec des équipes du Centre de biochimie structurale et du Laboratoire Charles Coulomb, révèle le mécanisme d'assemblage dynamique et de confinement de l'appareil de ségrégation des chromosomes chez les bactéries (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries...). Ces travaux sont publiés dans la revue Cell Systems.

Le génome (Le génome est l'ensemble du matériel génétique d'un individu ou d'une espèce codé dans son ADN (à l'exception de certains virus dont le génome est porté par des...) des bactéries est composé d'un ou plusieurs chromosomes et d'une quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur...) variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un prédicat ou un algorithme. En statistiques, une variable peut...) de petites molécules d'ADN autonomes appelées "plasmides". Ces derniers permettent aux bactéries de survivre et de se répandre dans des niches écologiques particulières, et sont très souvent porteurs des gènes de virulence (La virulence désigne le caractère pathogène, nocif et violent d'un micro-organisme (bactérie ou champignon). La virulence d'un pathogène létal est facilement mesurable mais celle des pathogènes à...) ou de résistance aux antibiotiques. Après leur duplication, l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble),...) des différentes molécules d'ADN sont fidèlement transmises à chacune des deux cellules filles lors de l'étape de ségrégation.


Figure: Modèle moléculaire d'assemblage du complexe de partition chez les bactéries. (A) Exemples de cellules d'Escherichia coli visualisées par microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre visible des éléments invisibles à...) à fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que la chaleur. (on parle parfois de « lumière...). Les spots verts correspondent à la fluorescence émise par les molécules ParB-mVenus et permettent de visualiser le complexe de partition. (B) Zoom représentant schématiquement le modèle de "Nucléation et confinement" dans lequel la fixation spécifique de molécules de ParB induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en électricité (générateur) ou en force...) la nucléation de l'ensemble des autres molécules de ParB présentes dans la cellule en les confinant de façon active autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter,...) du centromère par interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui...) stochastique avec l'ADN avoisinant. (C) Représentation schématique de l'ensemble des interactions synergiques de ParB nécessaires au confinement de l'ensemble des ParB autour du centromère.
© Jean-Yves Bouet

Chez les bactéries, la ségrégation des chromosomes et des plasmides est assurée par un système actif très efficace mais minimaliste qui se compose de seulement trois éléments essentiels: un centromère, une protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques....) de fixation au centromère (ParB) et une protéine qui hydrolyse l'ATP (ParA), considérée comme la protéine motrice de la ségrégation. L'architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) du complexe nucléoprotéique, appelé complexe de partition, qui se forme sur le centromère, reste mal comprise et le mécanisme moléculaire conduisant à cet assemblage était controversé avec deux modèles principaux en concurrence. Un premier modèle proposait que les protéines ParB polymérisent uni-dimensionnellement sur de longues distances le long de l'ADN à partir du centromère. Un second modèle postulait que cette polymérisation est limitée et initiée à la fois à partir du centromère et d'ADN non-centromériques permettant des pontages entre ces zones de polymérisation limitée. Ces deux modèles suggéraient un assemblage organisé et structuré du complexe de partition avec lequel interagit l'ATPase ParA.

Les chercheurs de l'équipe de Jean-Yves Bouet au Laboratoire de Microbiologie (La microbiologie est la science qui étudie les micro-organismes (ou microorganismes).) et Génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) Moléculaires, en collaboration avec les équipes de Marcelo Nollmann au Centre de Biochimie Structurale (Montpellier) et d'Andrea Parmeggiani au Laboratoire Charles Coulomb (Montpellier) ont étudié le mécanisme de formation du complexe de partition du plasmide (Un plasmide désigne en microbiologie ou en biologie moléculaire une molécule d'ADN disctincte de l'ADN chromosomique, capable de réplication autonome. Le terme...) F d'Escherichia coli en combinant des approches de séquençage (En biochimie, le séquençage consiste à déterminer l'ordre linéaire des composants d'une macromolécule (les acides aminés d'une protéine, les nucléotides d'un acide nucléique...) à haut-débit à l'échelle du génome entier, de biochimie, de microscopie à super-résolution et de modélisation physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...). Les résultats permettent de montrer que l'ensemble des protéines ParB (environ 1000 molécules par cellule) sont activement confinées autour du centromère en se fixant de façon stochastique à l'ADN spatialement proche, grâce à plusieurs interactions synergiques, protéine-protéine et protéine-ADN.

Ces travaux permettent de proposer un nouveau modèle, dit de "nucléation et confinement", basé sur l'auto-assemblage de la protéine ParB qui forme un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un...) dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) sur l'ADN autour du centromère. Il révèle que l'architecture du complexe de partition n'est pas ordonnée mais fortement dynamique. Ces travaux ouvrent des perspectives nouvelles pour comprendre au niveau moléculaire le mécanisme actif de ségrégation de l'ADN chez les bactéries. De plus, ce modèle d'assemblage et les approches utilisées pour caractériser à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers,...) les interactions dynamique entre macromolécules peuvent être généralisables à un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de machineries moléculaires qui s'auto-assemblent en superstructures fonctionnelles.

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Source: CNRS-INSB
 
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