Dynamique d'un domaine chromosomique modèle – DYNAMO

Ce projet utilise une approche intégrée allant des observations au niveau de la cellules entière en microscopie à fluorescence à la reconstruction de processus complexes in vitro en utilisant des protéines purifiées.

Nous avons établi que les chromosomes bactériens sont transmis de manière active aux nouvelles cellules. En particulier, la région terminale des chromosomes est d’abord appariée, puis séparée de manière précise, ordonnée et couplée au processus de division cellulaire. Cette découverte change notre vision du cycle de vie des bactéries.

Nos résultats ouvrent de nouvelles directions de recherches dans notre laboratoire et dans d’autres. La description précise des mécanismes impliqués dans la transmission des chromosomes bactériens est un pré requis à leur utilisation comme cible thérapeutique.

Les résultats obtenus ont déjà fait l’objet de deux publications, dont une dans la revue PNAS-USA, et de communications dans des conférences internationales.

La prolifération cellulaire nécessite la réplication fidèle du matériel génétique porté par les chromosomes et sa ségrégation vers les cellules filles. Ces activités doivent êtres hautement contrôlés et couplées à la division cellulaire pour prévenir l'instabilité génétique qui peut conduire à la mort des cellules ou à leur prolifération incontrôlée, par exemple lors du dévellopement de tumeurs. Dans tout les organismes, les régions où la réplication se termine sont le siège d'activités capitales qui couplent la réplication aux étapes suivantes du cycle cellulaire. Notamment, un rôle spécifique des topoisomérases de type II est requis dans ces régions ainsi que l'action de protéines spécifiques impliquées dans la ségrégation des chromosomes et son couplage à la division cellulaire. Le but de ce projet est de décrire le traitement post-réplicatif de la région de terminaison de la réplication du chromosome de la bactérie modèle Escherichia coli.
E. coli, comme la majorité des bactéries connues, possède un seul chromosome circulaire. Sa réplication est initiée à un site unique, oriC, et progresse de manière bi-directionnelle vers la région opposée, la région ter. La réplication et la ségrégation sont concomitantes, de sorte que la région portant oriC est ségrégée avant la terminaison de la réplication. Deux types de liens persistent entre chromosomes frères dans la région ter. Les liens d'intercaténation sont dus à la diffusion derrière les fourches de réplication d'une partie de la contrainte topologique crée par l'ouverture de la double hélice lors de la réplication. Ils sont résolus par une topoisomérase de type II dédiée, la TopoIV. Les dimères de chromosomes se forment par recombinaison entre chromosome frères et sont résolus par les recombinases spécifiques de site XerCD agissant au site dif, situé dans la région ter. Les activités de la TopoIV et de XerCD sont contrôlées par FtsK, une ADN-translocase associée au septum de division cellulaire.
Notre groupe étudie les propriétés de la région ter depuis de nombreuses années, en particulier le rôle de FtsK et de XerCD. Nous avons montré récemment que FtsK agit dans une région restreinte du chromosome (environ 0,4 Mb autour de dif), qui est aussi sujette à un délai entre sa réplication et sa ségrégation plus élevé que les régions voisines. L'activité de translocation de FtsK, ainsi que un niveau normal de TopoIV dans les cellules, sont requises pour ce délai. Nous proposons que FtsK et la TopoIV collaborent pour contrôler la persistance et le relâchement de la cohésion dans cette région du chromosome et son couplage avec la division cellulaire.
Dans ce programme de recherche, nous établirons la chorégraphie précise de la région ter du chromosome d'E. coli, les activités et mécanismes mis en jeu dans son traitement post-réplicatif et leurs contrôles. Nous décrirons, par une combinaison d'approches génétiques, biochimiques et cytologiques, comment la cohésion est maintenue et relâchée, comment FtsK agit dans cette région et contrôle la cohésion, ainsi que le rôle des liens d'intercaténation et de la TopoIV. Ces données permettront d'acquérir une vue globale de la dynamique de la région ter, qui est déjà considérée comme un domaine chromosomique modèle, grâce en particulier à nos travaux antérieurs.