Interactions moléculaires impliquées dans la mitose bactérienne – BactMit

La prolifération bactérienne nécessite une série de processus cellulaires essentiels comme l’expression du génome, la réplication et la ségrégation des chromosomes, la recombinaison. Parmi ces processus, la compréhension de la ségrégation des génomes reste encore énigmatique, et les mécanismes qui permettent la séparation active des molécules d’ADN ne sont pas encore compris au niveau moléculaire, même pour les systèmes plasmidiques les plus étudiés. La visualisation directe des événements de ségrégation chez les bactéries n’est pas possible, contrairement aux cellules eucaryotes, à cause de leur petite taille à la limite de détection de la microscopie optique, à l’absence de compartiments cellulaires et à la présence de l’ensemble de l’ADN dans tout le cytoplasme.
La ségrégation fidèle des plasmides à bas nombre de copie dans des cellules en croissance ne nécessite la présence que d’un seul loci, appelé par. La grande majorité des chromosomes bactériens codent aussi pour des homologues de ces systèmes de partition plasmidique, présents au voisinage de l’origine de réplication, suggérant l’hypothèse qu’ils seraient impliquées dans la ségrégation des domaines "Origines" et donc de l’événement initial du processus de ségrégation des chromosomes. Cependant, en raison de leur taille, les chromosomes ont besoin d’autres processus généraux pour assurer leur ségrégation complète, comme la compaction de l’ADN, l’organisation globale du chromosome, la résolution des dimères et des activités de translocation de l’ADN. Des études récentes indiquent que les systèmes de partition chromosomique sont aussi interconnectés avec certains processus du cycle cellulaire.
Le but de ce programme est de comprendre, au niveau moléculaire, le mécanisme qui permet la ségrégation active et fidèle des molécules d’ADN à chaque génération ; plusieurs modèles sont toujours en compétition. Nous allons orienter notre étude sur les complexes de partition, éléments clés de la machinerie de ségrégation et équivalents des kinétochores des cellules eucaryotes. Nous étudierons en détail toutes les interactions impliquées dans ce processus. En particulier, nous analyserons les interactions qui conduisent à l’assemblage du complexe de partition sur le centromère, à son organisation ultra-structurale, et à leur déplacement concerté aux pôles opposés de la cellule et actionné par l’ATPase motrice.
Nous étudierons ces interactions à partir de deux systèmes modèles : l’étude du complexe de partition du plasmide F permettra d’approfondir nos connaissances sur l’un des systèmes modèles les plus étudiés, et l’étude des réplicons de la bactérie pathogène multichromosomique B. cenocepacia, permettra d’explorer l’assemblage des complexes de partition sur les chromosomes bactériens, domaine peu étudié. Avec ces études, nous voulons (i) définir, à l’échelle des génomes, les déterminants de spécificité nécessaires pour l’assemblage des complexes de partition, (ii) résoudre leur organisation ultra-structurale et comprendre comment ils interagissent avec l’ATPase motrice, et (iii) développer un test de partition "ex vivo" qui permettra de définir et de caractériser toutes les étapes nécessaires à la partition. Ces orientations représentent de nouvelles approches pour résoudre le mécanisme de la ségrégation active bactériennes.
Ce projet fondamental est très en amont d’applications potentielles. Cependant, une compréhension détaillée des mécanismes moléculaires sous-jacents au processus de ségrégation des génomes bactériens pourrait permettre dans le futur une exploration pour de nouvelles classes d’antibiotique dirigées contre cette étape importante et spécifique du cycle cellulaire bactérien. De plus, au cours de l’analyse de la spécificité d’interaction au niveau des centromères, nous participerons à l’amélioration de la limite de détection de la technologie SPRi-Plex (GenOptics).