Activité et interaction fonctionnelle entre deux condensines bactériennes pour le management du chromosome chez Pseudomonas aeruginosa – PseudoSMC

Les protéines SMC (pour « Structural Maintenance of Chromosomes) sont très conservées dans la grande majorité des êtres vivants. Elles assurent diverses fonctions essentielles dans l’organisation et le fonctionnement des chromosomes. Les organismes eucaryotes ont plusieurs complexes SMC spécialisés (cohésine, condensines de type I et II, complexe SMC5 / 6) pour la structuration de la chromatine en interphase, la cohésion des chromatides soeurs, ou encore la condensation de chromosomes mitotiques. La capacité des complexes SMC à interagir au niveau de différentes régions des génomes et à extruder des boucles d'ADN pourrait rendre compte de la variabilité de ces complexes.
Chez les bactéries, trois complexes SMC différents (Smc-ScpAB, MukBEF, MksBEF) ont été définis comme des condensines bactériennes ; comme chez les eucaryotes, ils jouent un rôle important dans l'organisation et la ségrégation des chromosomes. Smc-ScpAB représente le complexe le plus conservé, alors que MukBEF et MksBEF représentent des condensines qui ont divergé au cours de l’évolution. MukBEF se trouve exclusivement dans certaines branches des gamma-protéobactéries, alors que MksBEF est présent dans des espèces réparties largement sur l'arbre phylogénétique. De manière intéressante, MksBEF coexiste souvent avec une autre condensine ; on ne sait pas si la présence de plusieurs condensines dans une même bactérie répond à un besoin d'activités différentes pour la biologie des chromosomes.
Les bactéries Pseudomonas ont à la fois SMC-ScpAB et MksBEF et nous avons initié une étude sur la bactérie pathogène opportuniste Pseudomonas aeruginosa afin de révéler la contribution de différentes condensines au fonctionnement du chromosome. Nos résultats indiquent que les condensines bactériennes sont impliquées soit dans la conformation des chromosomes, soit dans la ségrégation des chromosomes. La condensine SMC-ScpAB de P. aeruginosa ne joue pas de rôle majeur dans la ségrégation des chromosomes, mais contrôle par contre la disposition et la chorégraphie des chromosomes. En revanche, des représentants des deux autres types de condensines, c'est à dire MksBEF présent chez P. aeruginosa ou MukBEF provenant de la bactérie Escherichia coli, promeuvent la ségrégation des chromosomes chez P. aeruginosa. Comme observé pour MukBEF dans E. coli, MksBEF favorise en cis les contacts ADN à longue portée.
De manière remarquable, nos résultats ont révélé une interférence dans l'activité des condensines bactériennes même si elles contrôlent différents aspects de la biologie des chromosomes: SMC-ScpAB atténue l'activité de MksBEF alors que MukBEF empêche complètement l'activité de SMC-ScpAB. De plus, nos résultats préliminaires suggèrent que l’activité des condensines pourrait être coordonnée avec la réplication.
But du projet
Utilisant une approche interdisciplinaire unique combinant la génétique, la génomique, la biochimie et l’imagerie de super-résolution, notre projet vise à caractériser l’activité respective des condensines bactériennes dans l’organisation des chromosomes, leur interférence et leur coordination probable avec le processus de réplication. Nous souhaitons :
• caractériser l'activité de la condensine MksBEF (tâche 1).
• expliquer comment le chargement et la translocation d'une condensine peuvent être coordonnés avec la réplication du chromosome en l'absence d’une autre condensine (tâche 2).
• révéler l'interaction et / ou la coordination entre SMC-ScpAB et MksBEF lors de la réplication chromosomique, et expliquer comment MukBEF peut empêcher l'activité de Smc-ScpAB (tâche 3).
Le projet est innovant et original pour plusieurs raisons: (i) nous caractériserons pour la première fois l’activité d’un nouveau type de condensine responsable de la ségrégation des chromosomes chez les bactéries; et (ii) notre modèle permet de révéler comment deux complexes SMC distincts coordonnent leur activité pour réaliser simultanément différentes fonctions sur la même molécule d'ADN.