Un mécanisme ancestral de l'initiation de la réplication du chromosome bactérien révélé
Publié par Adrien le 29/11/2016 à 00:00
Source: CNRS-INSB
La charge de l'hélicase réplicative est une étape critique de l'initiation de la réplication des chromosomes. Des chercheurs de l'Institut de biologie intégrative de la cellule montrent que nos connaissances actuelles sur le déroulement de cette étape reposent sur l'utilisation d'opérateurs d'hélicases non représentatifs de la diversité bactérienne. Grâce à une approche phylogénomique combinée à une analyse fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions. Initialement, le terme désignait les fonctions qui en prennent d'autres en argument. Aujourd'hui, le terme...) dans Pseudomonas aeruginosa, ils identifient et caractérisent l'opérateur (Le mot opérateur est employé dans les domaines :) d'hélicases ancestral et prédominant dans le domaine bactérien. Cette étude a été publiée le 10 novembre 2016 dans la revue Nature Communications.


Figure 1: Distribution des gènes dnaC/I et dciA dans le domaine bactérien. La distribution des opérateurs d'hélicase réplicative est représentée sur un arbre phylogénétique du domaine bactérien fondé sur l'analyse de l'ARNr 16S. Lorsque la présence de dnaC/I ou de dciA dans un phylum (en gras) n'est pas homogène, les classes (souligné) ou les ordres (normal) sont spécifiés. Les valeurs encadrées indiquent le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de génomes d'espèces (et non de souches) contenant le gène (Un gène est une séquence d'acide désoxyribonucléique (ADN) qui spécifie la synthèse d'une chaîne de polypeptide ou d'un acide ribonucléique...) domestiqué dnaC/I (magenta), dciA (cyan) ou aucun (noir).
© Jean-Luc Ferat

Le rythme auquel les réplications des chromosomes sont initiées définit le taux de croissance. C'est un déterminant majeur de la prolifération cellulaire qui justifie l'attention portée aux mécanismes moléculaires et à la régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se rattache au plan scientifique à l'automatique.) de l'initiation de la réplication pendant le cycle cellulaire dans les trois domaines du vivant (bactéries, archées et eucaryotes).

Chez les organismes modèles bactériens classiques, le chargement (Le mot chargement peut désigner l'action de charger ou son résultat :) de l'hélicase réplicative nécessite un opérateur de type DnaC (chez E. coli) ou DnaI (chez B. subtilis) pour initier la réplication. Jean-Luc Ferat et ses collaborateurs montrent que la distribution des opérateurs de type dnaC/I dans le domaine bactérien est restreinte à quelques phyla seulement, indiquant que ce type d'opérateur n'est pas représentatif du domaine bactérien. Les chercheurs mettent en évidence que ces opérateurs ont été acquis à 7 reprises, au moins, au cours de l'évolution par transfert horizontal (Horizontal est une orientation parallèle à l'horizon, et perpendiculaire à la verticale. Une ligne horizontale va « de la gauche vers la droite » ou vice versa.) puis domestication de gènes d'origine phagique et par la perte subséquente ou simultanée d'un gène qu'ils identifient, dciA (dnaC/I Antecedent). L'analyse phylogénomique de dciA enracine ce gène à l'origine du domaine bactérien et montre que là où il n'a pas été supplanté par dnaC/I, il a persisté (Figure 1). Ainsi, La plupart des bactéries (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries possèdent une paroi cellulaire glucidique, le peptidoglycane. Les bactéries...), y compris de nombreux pathogènes (Vibrio cholerae, Pseudomonas aeruginosa, Yersinia pestis, Mycobactyerium tuberculosis, Helicobacter pylori,...), dépendent d'un système entièrement nouveau pour charger et activer l'hélicase réplicative pendant l'initiation de la réplication.


Figure 2: Lors de l'initiation de la réplication, l'hélicase réplicative (DnaB) est recrutée sur le complexe d'initiation (DnaA). L'hélicase est ensuite chargée et activée. DciA est l'opérateur ancestral impliqué dans la gestion de l'hélicase réplicative au cours de cette étape.
© Jean-Luc Ferat

Les chercheurs démontrent que la protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. En...) DciA de P. aeruginosa interagit spécifiquement avec son hélicase réplicative homologue, DnaB, et possède toutes les caractéristiques d'un opérateur d'hélicase réplicatives: la suppression de DciA conduit à un blocage spécifique de l'initiation de la réplication. L'identification récente de DciA, la caractérisation de sa fonction pendant l'initiation de la réplication et son implication vraisemblable entre la charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire pour être transporté.) et l'activation (Activation peut faire référence à :) de l'hélicase réplicative (Figure 2), conduisent à remettre en cause le modèle actuel de gestion de l'hélicase réplicative pendant l'initiation de la réplication bactérienne.
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