Cascades de régulation chez Escherichia coli : le rôle des petits ARN régulateurs et des systèmes à deux composants dans la régulation de la composition membranaire et de l'homéostasie du magnésium – Sydécorna

Pour répondre aux questions posées, nous utilisons des approches de microbiologie et génétique moléculaire.

Nous avons mis en évidence que la synthèse de plusieurs régulateurs de la transcription pouvait être contrôlée au niveau post-transcriptionnel par des petits ARN régulateurs. Ces multiples niveaux de régulation lient par exemple le métabolisme des acides aminés et l’homéostasie de la membrane au régulon du sytème à deux composants central PhoQ/PhoP. Il est important de comprendre ces contrôles qui peuvent affecter des fonctions aussi essentielles que la virulence bactérienne.

Il serait intéressant de comprendre l’effet de ces connexions entre différents réseaux de régulation sur les fonctions codées par les gènes en aval de ces cascades, dont l’homéostasie du magnésium en particulier. Cet ion joue en effet un rôle-clef dans la physiologie cellulaire, en intervenant notamment dans la structure des acides nucléiques et leurs interactions avec d’autres molécules.

Nos travaux ont donné lieu à plusieurs communications lors de conférences internationales, ainsi qu’à la soumission d’un papier à PLoS Genetics (révision en cours).

Pour survivre, les bactéries doivent s’adapter constamment à des milieux très variés, ce qui repose, au moins en partie, sur leur capacité à réguler l’expression de gènes spécifiques en fonction de leur environnement. Cette faculté incroyable est due à un nombre restreint de modes de régulation, parmi lesquels on trouve les systèmes à deux composants (SDC) qui régulent la transcription de gènes spécifiques en réponse à des changements d’environnement, ou encore les facteurs sigma alternatifs qui permettent d’activer la transcription de régulons spécifiques lors de divers stress comme par exemple un changement brusque de température ou un stress de membrane. Un troisième mode de régulation, découvert plus récemment, est illustré par les ARN régulateurs non-codants, présents dans tous les domaines du vivant. Chez E. coli, environ une centaine de ces ARN ont été identifiés a l’heure actuelle. Ils sont en général appelés petits ARN (pARN) en raison de leur petite taille (de l’ordre de 100 nucléotides typiquement) et une grande partie d’entre eux intervient dans le contrôle post-transcriptionnel de l’expression de gènes-cibles. De nombreux pARN répriment la synthèse de protéines de la membrane externe d’E. coli, qui sont directement en contact avec l’environnement.
Ces trois modes de régulation ne sont pas indépendants. Nous avons par exemple montré que le SDC EnvZ-OmpR, qui répond à des changements d’osmolarité du milieu, activait la synthèse d’OmrA et OmrB (OmrA /B), deux pARN homologues qui répriment l’expression de plusieurs gènes de protéines de la membrane externe. Ces deux pARN répriment aussi la synthèse d’EnvZ-OmpR, ce qui constitue une boucle d’autocontrôle negatif. Plus récemment, nous avons trouvé que MicA, un pARN identifié à l’origine comme un régulateur d’OmpA, une porine abondante, réprimait l’expression du SDC PhoPQ. Ce résultat, qui n’est pas encore publié, est intéressant à plusieurs égards. D’abord parce que l’expression de MicA est dépendante du facteur sigma alternatif sigmaE, activé par un stress de membrane. Ainsi, nos résultats font le lien entre trois modes de régulation : les pARN, les SDC et les facteurs sigma alternatifs. D’autre part, PhoPQ est un SDC central, qui a été étudié en détail chez Salmonella et qui est impliqué dans des phénomènes biologiques fondamentaux tels que l’homéostasie du magnésium ou la virulence.
Le projet proposé ici porte sur l’étude des pARN OmrA/B et MicA et des SDC qu’ils régulent. Plus précisément, nos résultats préliminaires suggérant fortement que d’autre pARN sont impliqués dans la régulation de l’expression de phoPQ, nous nous attacherons à identifier ces régulateurs grâce à des approches génétiques. Inversement, nous tenterons d’identifier d’autres cibles d’OmrA/B en utilisant la transcriptomique, la protéomique et en développant un système permettant la détection et l’analyse d’interactions ARN-ARN in vivo. S’il s’avère fonctionnel, un tel système aurait de multiples applications. Nous nous intéresserons aussi au mécanisme d’action de ces pARNs sur leurs cibles. En particulier, puisque PhoPQ intervient dans l’homéostasie du magnésium, nous déterminerons si la régulation de phoPQ par MicA (et peut-être par d’autres pARN) est particulièrement sensible à cet ion essentiel. Enfin, nous nous intéresserons aux connexions entre les contrôles dépendant d’OmrA/B et de MicA et plus généralement aux liens entre SDC, pARN et facteurs sigma.
Le coordinateur de ce projet, Maude Guillier, a fait un stage post-doctoral dans le laboratoire de Susan Gottesman, au cours duquel elle a travaillé principalement sur les régulations dépendant d’OmrA/B. Elle a ensuite rejoint l’UPR9073 du CNRS à l’IBPC en Septembre 2008, où elle dirige un petit groupe qui a découvert les pARN régulant l’expression de phoPQ. Le projet présenté ici est basé sur cette découverte ainsi que sur des résultats préliminaires obtenus au cours de son post-doc, et sera réalisé entièrement par son groupe.