Communication cellulaire et switch moléculaire chez Bacillus cereus – Cell.com

Le projet Cell.com porte sur l?étude d?un système de communication cellulaire chez les bactéries du groupe Bacillus cereus (ie. B. anthracis, B. thuringiensis and B. cereus sensu stricto). Ce système biologique fonctionne selon un mécanisme de type ?quorum-sensing? impliquant une protéine régulatrice (NprR) et un peptide de signalisation (NprX). Son originalité tient aux propriétés structurales et fonctionnelles de NprR. Cette protéine semble en effet avoir deux fonctions : une activée et l?autre inhibée par son peptide signal. Quand NprR n?est pas lié à NprX, il affecte négativement la sporulation ; en revanche, une fois qu?il est complexé à NprX, il perd son activité initiale et devient un activateur transcriptionnel. L?étroite parenté existant entre NprR et les phosphatases Rap suggère que l?effet négatif de NprR sur la sporulation est dû à une activité phosphatase : NprR déphosphorylerait un substrat intermédiaire du phosphorelais de sporulation, réduisant ainsi la concentration de Spo0A~P et le taux de sporulation. En présence de NprX, nos résultats montrent que le couple NprR/NprX n?a plus d?effet sur la sporulation, mais active la transcription de nprA, un gène codant pour une métalloprotéase décrite comme un facteur de virulence produit pendant la sporulation. Ainsi, la fixation de NprX induit une modification de NprR qui permet aux bactéries (ou à une partie de la population bactérienne) de s?engager dans un nouveau programme de développement. Nous projetons d?analyser les différentes étapes de ce système biologique, depuis l?interaction moléculaire entre NprR et NprX, jusqu?aux effets de cette interaction sur la sporulation et l?expression du gène nprA. Plusieurs actions complémentaires, fondées sur des approches multidisciplinaires, ont été définies pour atteindre ces objectifs. Une partie du projet est centrée sur l?analyse structure-fonction de NprR/NprX et sur les deux effets opposés générés par l?interaction protéine-peptide. Nous avons démontré que celle-ci active la fonction de régulateur transcriptionnel de NprR et, en revanche, inhibe sa fonction initiale (présumée de type Rap). Notre objectif est de déterminer comment la fixation de NprX peut modifier la fonction de la protéine. Des données acquises sur d?autres systèmes de quorum-sensing de bactéries Gram-positives suggèrent que NprX induit la fonction d?activateur transcriptionnel de NprR en réarrangeant les domaines HTH dans une conformation adéquate pour la fixation sur l?ADN. En revanche, la méconnaissance de la structure 3D des phosphatases Rap ne permet pas de prédire quel est le changement de conformation qui conduit à la perte de l?activité phosphatase. La compréhension des changements structuraux modifiant l?activité de NprR devrait fournir un nouvel éclairage pour décrypter le mécanisme de régulation de cette protéine bifonctionnelle. Une autre composante du projet est centrée sur le fonctionnement et sur le rôle du système de quorum-sensing NprR/NprX. Nous chercherons à déterminer comment les bactéries sont capables d?intégrer de multiples voies de signalisation pour adapter leur comportement à la fois à la densité cellulaire et aux conditions environnementales. Cette partie comprend quatre aspects interdépendants : (i) La caractérisation des circuits de régulation aboutissant à la formation du complexe NprR/NprX. Cela inclut l?étude de la régulation de l?expression des gènes nprR et nprX, ainsi que l?étude de l?export-import de NprX. (ii) L?identification des substrats biologiques de NprR. Le rôle de ces substrats sur la sporulation et le rôle de NprR sur ces substrats seront étudiés. (iii) Le rôle de NprR/NprX comme activateur transcriptionnel. La régulation de l?expression de nprA par NprR/NprX sera analysée de façon spécifique, la liste complète des gènes régulés par NprR/NprX sera déterminée par analyse transcriptomique. (iv) L?étude de la bistabilité chez B. cereus. En raison du rôle majeur du phosphorelais comme source de bistabilité chez B. subtilis, une attention particulière sera portée aux états de bistabilité induits par NprR et NprR/NprX dans des cultures en phase stationnaire de B. cereus. En résumé, notre projet est d?associer des approches multidisciplinaires pour étudier un régulateur présentant deux fonctions distinctes. La principale originalité de ce projet est liée à la commutation moléculaire responsable de la double fonction de la protéine NprR. De plus, cette exceptionnelle propriété moléculaire est un outil remarquable pour étudier les situations stochastiques spécifiques de la phase stationnaire et qui précèdent la décision ultime et non réversible de sporuler. NprR/NprX fournit un excellent modèle pour étudier comment un complexe protéique intègre deux fonctions capables de coordonner expression génétique et développement.