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Comment les bactéries se multiplient-elles tout en assurant leur protection ? Les chercheurs ont découvert la protéine RocS qui agit comme un véritable métronome du cycle cellulaire de la bactérie pathogène Streptococcus pneumoniae. Ils ont démontré que cette protéine assure la répartition du matériel génétique tout en contrôlant la division cellulaire et la formation de l'enveloppe protectrice indispensable à l'infection de l'hôte à la surface des cellules filles. Cette étude est publiée dans la revue Nature Microbiology.
Au cours de leur division cellulaire, les bactéries doivent dupliquer et distribuer fidèlement leur patrimoine génétique à leur descendance. De nombreuses études réalisées chez différentes bactéries modèles ont permis d'élucider une partie des mécanismes mis en jeu. Cependant, chez de nombreuses autres espèces bactériennes pour lesquelles les connaissances sont très limitées, ces mécanismes ne sont pas conservés. De plus, l'énigme reste entière en ce qui concerne les mécanismes de coordination avec les autres processus cellulaires indispensables au développement de chaque espèce bactérienne.
Figure: La bactérie pathogène Streptococcus pneumoniae forme des chaines de cellule ovoïde. Observé par microscopie à contraste de phase et épifluorescence, on distingue non seulement la forme cellulaire (cellule ovoïde noir), la localisation et la dynamique du chromosome (en bleu), de la machinerie de division cellulaire (en vert) mais également la présence de la capsule polysaccharidique enveloppant la cellule (en rose). L'observation simultanée de ces caractéristiques a permis de démontrer que la protéine RocS est indispensable à la ségrégation du chromosome dans chaque cellule fille alors que la tyrosine-kinase CpsD est nécessaire à l'assemblage de la capsule polysaccharidique. Le dialogue moléculaire entre ces deux protéines sert de point de contrôle pour permettre au pneumocoque de se diviser tout en assurant une répartition de son matériel génétique et une protection cellulaire par la capsule polysaccharidique qui est indispensable lors de l'infection et échapper au système immunitaire de l'hôte.
© Chryslène Mercy.
Les chercheurs avaient déjà démontré que des enzymes spécifiques, appelées protéine-kinases jouent un rôle central dans la division cellulaire, la morphogénèse de la cellule et l'assemblage de la capsule polysaccharidique qui est le facteur de virulence majeur du pneumocoque. C'est en étudiant le rôle de la protéine-kinase CpsD, qui est nécessaire à la biosynthèse, l'export et la polymérisation de la capsule polysaccharidique, qu'ils ont identifié et caractérisé la protéine RocS. Bien qu'initialement suspectée d'être un élément clé de l'assemblage de cette capsule, la protéine RocS s'est en fait avérée être indispensable à la répartition du matériel génétique dans chacune des deux cellules filles lors de la division cellulaire. C'est d'ailleurs pourquoi cette protéine a été nommée RocS pour "Regulator of Chromosome Segregation". Cette observation était particulièrement importante car aucun facteur influençant significativement ce processus n'était connu chez le pneumocoque.
Les chercheurs se sont donc focalisés sur la caractérisation de la fonction de RocS et ils ont démontré que RocS interagit non seulement avec l'ADN de manière non spécifique mais également avec la membrane de la bactérie. Ces deux propriétés sont essentielles à la ségrégation du chromosome. De plus, RocS interagit avec la protéine ParB qui marque spécifiquement la zone où le chromosome commence à se dupliquer (l'origine de réplication). RocS conduit ainsi la ségrégation du chromosome en contrôlant directement la séparation des deux origines de réplication des deux chromosome fils nouvellement formés.
Néanmoins, l'observation initiale ayant conduit à l'identification de RocS, c'est à dire l'interaction avec la tyrosine-kinase CpsD, restait énigmatique et semblait dissoner avec les observations réalisées. C'est en revisitant la fonction de RocS dans des souches affectées pour la production de la capsule polysaccharidique que les chercheurs ont réussi à démontrer que la protéine RocS possède une seconde fonction permettant de protéger le chromosome lors de la division cellulaire. Ainsi, des mutations de CpsD entravant la production de capsule induisent également une altération de la division du pneumocoque qui est contrôlé par RocS. En absence de RocS, ce contrôle n'est plus effectif et les cellules se divisent sans être protégées par leur capsule et en ne possédant pas l'intégralité de leur chromosome ce qui compromet non seulement leur viabilité mais également leur capacité d'infection.
La protéine RocS est donc une pierre angulaire coordonnant deux processus essentiels de la biologie du pneumocoque lui permettant de se diviser uniquement lorsque la capsule est correctement produite et le chromosome parfaitement réparti. D'un point de vue moins fondamental, ces découvertes ouvre également la voie à une recherche plus appliquée pour concevoir de nouvelles molécules d'intérêt biomédical.
Pour en savoir plus
RocS drives chromosome segregation and nucleoid protection in Streptococcus pneumoniae.
Mercy C, Ducret A, Slager J, Lavergne JP, Freton C, Nagarajan SN, Garcia PS, Noirot-Gros MF, Dubarry N, Nourikyan J, Veening JW, Grangeasse C.
Nat Microbiol. 2019 Jun 10. doi: 10.1038/s41564-019-0472-z. [Epub ahead of print]
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