Un modèle bactérien pour étudier le contôle de la multicellularité par les protéines G – BACTOCOMPASS

Chez les êtres vivants, la capacité des cellules à se déplacer sur des surfaces solides (motilité cellulaire) est universellement liée à la multicellularité. Chez les organismes eucaryotes, la motilité est nécessaire à la différenciation fonctionnelle de l’embryon, et au contrôle de l’homéostasie de l’organisme lors de la régénération des tissus ou de la réponse immunitaire. Chez les bactéries, la motilité cellulaire permet la formation de micro-communautés différenciées (biofilms) leur permettant de résister au stress environnemental. L’extrême résistance des biofilms aux antibiotiques et aux chimiques en général, en font un problème majeur de santé publique et pour l’industrie.
Les mécanismes centraux de régulation semblent conservés malgré la distance évolutive qui sépare les deux grands domaines du vivant et implique les petites protéines G de la superfamille Ras. Chez les cellules eucaryotes, le nombre et la complexité des interactions entre ces protéines et leurs régulateurs a complexifié l’étude des mécanismes de régulation. De manière remarquable, la bactérie Myxococcus xanthus emploie une protéine G unique, MglA pour réguler sa direction de mouvement en réponse aux signaux environnementaux. Lorsqu’elle est associée au GTP, MglA localise au pôle avant des bactéries et active l’appareil de motilité. La régulation spatiale de MglA dépend d’une seconde protéine, MglB qui elle, localise spécifiquement au pôle opposé de la cellule. MglB fait partie des protéines à domaine Roadblock/Longin, une classe émergente de régulateurs de petites protéines G. Au pôle arrière, MglB agit comme une GTPase Activating Protein (GAP) de MglA et active spatialement l’hydrolyse du GTP associé à MglA, bloquant l’accumulation de MglA au pôle arrière. Remarquablement, l’axe de polarité formé par MglA et MglB est invertible, de sorte que lorsque les protéines se re-localisent simultanément aux pôles opposés (inversion), les bactéries change leur direction de mouvement dans la direction opposée. Le phénomène d’inversion est contrôlé par un système de transduction du signal de type chimiotaxie (Frz), permettant ainsi de réguler la motilité cellulaire en réponse aux signaux environnementaux.
La disponibilité d’outils génétiques et cellulaires sophistiqués ainsi que le nombre restreint de régulateurs font de Myxococcus un modèle particulièrement attractif pour étudier le mécanisme de régulation de la motilité par MglA à haute résolution. Cependant, à l’heure actuelle de nombreuses questions demeurent irrésolues. Partant d’observations préliminaires, ce projet collaboratif regroupant trois équipes de compétences complémentaires propose d’explorer trois questions principales : (i) Comment MglB régule t-elle l’hydrolyse du GTP par MglA et ce mécanisme est-il conservé chez les protéines de cette famille ? (ii), Par quel mécanisme le système Frz provoque-t-il la relocalisation spatiale de MglA et MglB ? (iii), comment la régulation de la motilité par le système MglAB permet-elle l’émergence de comportements multicellulaires ? En combinant des approches réductionnistes de molécules et de cellules individuelles à des approches plus globales de modélisation nous chercherons à définir de nouvelles pistes de recherche pour comprendre comment l’intégration de comportements unicellulaires permet la coopération de milliers de cellules, une question d’intérêt général en biologie développementale et évolutive.