Rôle de protéines associées au cytosquelette chez les bactéries à Gram-positif – MorphoG+

La paroi externe est un déterminant majeur de la forme des cellules bactériennes. Pendant longtemps, il n’était pas connu si la paroi contenait suffisamment d’information structurale pour établir (ou maintenir) la forme des cellules. La découverte en 2001 d’un cytosquelette morphogénétique constitué d’homologues de l’actine –les protéines MreB– a révolutionné notre vision de la morphogénèse des bactéries. Les protéines MreB forment des structures filamenteuses dynamiques qui encerclent le cytoplasme et organiseraient le mouvement/positionnement de complexes moléculaires. Ce cytosquelette interne serait couplé à la machine de synthèse de la paroi par l’intermédiaire de deux protéines membranaires, MreC et MreD, codées par les gènes en aval de mreB chez les bacilles. Le modèle actuel est que les hélices de MreB positionneraient les enzymes impliquées dans la synthèse et la maturation de la paroi latérale, contrôlant ainsi l’allongement des cellules. En accord avec ce modèle, la perte de MreB dans des bactéries en forme de bâtonnet aboutit à la formation de cellules sphériques.

Bien que les protéines MreCD semblent lier le cytosquelette MreB à la machinerie de synthèse de la paroi, leur rôle précis reste inconnu. Deux données suggèrent que MreCD pourraient avoir un rôle additionnel important : 1) les coques, qui n’ont pas de MreBs, possédent toutefois MreCD et 2) la déplétion de MreCD chez Bacillus subtilis aboutit à des phénotypes plus sévères que la déplétion des MreBs. Nous construirons des mutants null/inductibles de mreCD chez la bactérie sphérique Staphylococcus aureus. Nous étudierons l’effet de l’absence de MreCD, puis nous exprimerons MreCD provenant de chacune des bactéries chez les deux autres. Nous analyserons la localisation cellulaire de MreCD des coques chez leur hôte natif et chez B. subtilis pour vérifier si elles conservent la capacité à interagir avec le cytosquelette. De même, nous localiserons MreCD de B. subtilis chez les coques en présence/absence des MreBs. Enfin, nous identifierons et caractériserons les partenaires interagissant avec MreCD chez B. subtilis et S. aureus bactéries par deux approches: la méthode du double hybride et la purification de complexes protéiques par affinité couplée à des analyses en spectrométrie de masse. La combinaison de ces deux approches apportera des données fonctionnelles exhaustives et complémentaires sur le(s)s rôle(s) de MreCD et son mécanisme d’action chez les bactéries.

La sphère représente la forme la plus simple et était probablement la forme du premier organisme vivant. Cependant, les études phylogénétiques indiquent que l’ancêtre commun le plus récent du domaine bactérien actuel était cylindrique et non sphérique. Ceci implique que les coques modernes ont évolué à partir d’une forme en bâtonnet, par perte de fonction de la machine protéique requise pour l’allongement de la paroi. Cette perte semble être irréversible d’un point de vue évolutif, puisqu’on ne connait pas d’exemple de lignée phylogénétique de cellules cylindriques dérivant de coques. De même, les cellules en bâtonnets peuvent être génétiquement modifiées pour générer des sphères, mais il n’y a pas d’exemple de bactérie sphérique convertie en bâtonnet. Le génome de la plupart des coques étant dépourvu de gènes mreB-like, on explique l’incapacité des coques à s’allonger par l’absence du cytosquelette MreB. Dans un deuxième temps, nous proposons d’ébranler le cul-de-sac évolutif que représentent les coques en restaurant un cytosquelette MreB chez S. aureus et chez l’ovocoque Streptococcus pneumoniae. Nous déterminerons si l’expression des 3 paralogues MreB de B. subtilis et éventuellement d’autres déterminants morphogénétiques est suffisante pour induire une transformation des coques en bâtonnets. Nous utiliserons des techniques de microscopie à fluorescence pour détecter des variations de la topologie de synthèse et/ou de la localisation des enzymes de la paroi et du septum de division.