Bases moléculaires de la structuration des macrodomaines dans le chromosome de E. coli et intégration dans le contrôle du cycle cellulaire – MolMac

La condensation du chromosome bactérien induit la formation d'une structure appelée nucléoïde. Des études récentes chez E. coli ont révélé une organisation à différents niveaux qui inclut notamment la condensation de grandes régions appelées macrodomaines (MDs). Quatre MDs (Ori, Right, Left et Ter) correspondent à des parties distinctes du nucléoïde d’environ 1 Mbp. Le domaine Ori contient l’origine de réplication oriC. Le domaine Ter contient le terminus de réplication. Les MDs Right et Left sont adjacents au domaine Ter et sont séparés du MD Ori par deux régions dites non structurées. Les études en cours effectuées dans le laboratoire d'accueil ont révélé que des stratégies différentes ont été sélectionnées pour la structuration des différents MDs. Alors que la structuration du MD Ori repose sur un centre organisateur unique, l'organisation des MDs Ter, Right et Left implique des déterminants multiples spécifiques dispersés au sein de chaque domaine.
Les bases moléculaires de la structuration du MD Ter impliquent la liaison de la protéine MatP à un motif de 13 pb (matS) répété 23 fois dans la région de 800 kb ; cette interaction est nécessaire pour condenser l'ADN et contrôler la ségrégation du MD Ter. Une analyse structure-fonction de MatP a permis d’identifier comment MatP condensait l’ADN et permettait la formation d’un MD Ter. La détermination de la structure cristallographique du complexe MatP-matS a révélé que MatP est une nouvelle protéine avec trois domaines dont un fagot avec quatre hélices alpha, un domaine ruban-hélice-hélice (domaine RHH) et une hélice alpha dans la région C-terminale. Alors que le fagot à quatre hélices contient le domaine de liaison à l’ADN et le domaine RHH les déterminants pour la formation de dimères MatP, la région C-terminale avec les hélices enlacées (coiled-coils) permet de former des tétramères de MatP. La mutation des résidus impliqués dans la tétramérisation affecte la condensation de la molécule d’ADN dans la région Ter. Ces résultats ont révélé pour la première fois un mécanisme d’interaction entre des sites distants conduisant à la condensation des chromosomes chez les bactéries.
Des études ont montré que la chorégraphie et la ségrégation des chromosomes sont étroitement contrôlées durant le cycle cellulaire. Nos résultats ont montré que la structuration du MD Ter est importante pour assurer la distribution fidèle des chromosomes aux cellules filles et que l'inactivation de MatP provoque des défauts importants dans la ségrégation des chromosomes. La localisation persistante du MD Ter au centre de la cellule avant la division cellulaire repose sur l'interaction spécifique de MatP avec la protéine ZapB associée à l'appareil de division. De manière remarquable, l'ancrage de la région Ter au septum de division induit un processus qui contraint l’ADN et qui peut se propager en cis le long du chromosome. Un système spécifique d'insulation impliquant 2 insulateurs flanquant le MD Ter a été sélectionné pour limiter à la région de Ter les conséquences de l'ancrage du MD Ter au divisome. Ces résultats démontrent un couplage important entre l'organisation du chromosome et la division cellulaire.
Le projet MolMac a trois objectifs majeurs. Tout d'abord nous tenons à caractériser in vivo l'organisation du MD Ter, en analysant la répartition des molécules de MatP dans la cellule, en révélant la disposition spatiale de l'ADN du MD Ter, en étudiant les conséquences de mutations affectant MatP ou de changement dans la distribution des sites matS. Deuxièmement, nous voulons caractériser les bases moléculaires responsables de la structuration des MDs Ori, Left et Right en identifiant les facteurs et les mécanismes moléculaires associés. Différents candidats dont l’inactivation affecte les propriétés des MDs ont déjà été identifiés. Enfin, nous voulons caractériser le rôle des MDs dans la gestion du chromosome et d'étudier comment ces processus sont intégrés dans le contrôle du cycle cellulaire.