Caractérisation mécanistique de sous-complexes du divisome bactérien reconstitués in vitro – MecaDiv

Chez les bactéries, la division cellulaire est un processus coordonné par un complexe multi-protéique appelé divisome, qui est assemblé autour d’une protéine bactérienne très conservée, FtsZ, qui polymérise pour former une structure annulaire (le Z-ring) dynamique marquant le futur site de division. Ce Z-ring recrute alors des protéines structurales et auxiliaires de manière séquentielle qui constitueront la machinerie de division à même de réorganiser la paroi cellulaire. Même dans les bactéries modèles pourtant amplement étudiées (p. ex. Escherichia coli ou Bacillus subtilis), la compréhension des mécanismes moléculaires précis d’assemblage et de régulation du divisome est toujours lacunaire. Bien que de nombreuses interactions entre les protéines du divisome aient été identifiées et caractérisées, la structure globale et la dynamique de ce dernier en tant que grand complexe multi-protéique restent aujourd’hui complètement inconnues. De plus, et malgré un schéma général d’assemblage et de fonctionnement du divisome très conservé, d’importantes spécificités existent au sein des bactéries, vraisemblablement pour accommoder leur richesse caractéristique de formes, de modes de croissance, et de paroi cellulaire. C’est particulièrement vrai chez les Corynebacteriales, un groupe d’actinomycètes incluant d’importants pathogènes comme Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium leprae et Corynebacterium diphtheria. Les Corynebacteriales sont des bactéries didermes avec une paroi à l’organisation complexe, et un mode de croissance polaire. Nombre des régulateurs habituels de la division cellulaire semblent également absent des génomes de ce large clade.

Ce projet vise à apporter une compréhension approfondie de l’architecture et du fonctionnement du divisome chez les Corynebacteriales, en utilisant Corynebacterium glutamicum comme modèle. Son objectif principal est de comprendre comment les interactions protéine-protéine au sein du divisome permettent d’établir le lien entre l’intérieur de la cellule et sa paroi durant la division cellulaire. L’achèvement d’un tel projet se heurte à deux défis majeurs. Premièrement, certains composants du divisome spécifiques aux corynebactéries n’ont pas encore été identifiés et caractérisés, ce qui peut entraver la reconstitution d’un complexe multi-protéique stable. Deuxièmement, et bien que la plupart des protéines du cœur du divisome aient été fonctionnellement étudiées et que des structures individuelles tronquées soient parfois disponibles, l’organisation du divisome dans son ensemble est encore bien loin d’être comprise. Ce projet a pour hypothèse de travail que la structure de sous-complexes stables de protéines entières est requise pour comprendre comment l’enchevêtrement d’interactions protéine-protéine est couplé à des changements conformationnels et à une communication transmembranaire pour réguler et activer la machinerie de synthèse pariétale au plan de division. Nous projetons d’identifier les composants du divisome spécifiques aux corynebactéries par des approches d’interactomique de pointe, de les caractériser tant in vitro qu’in cellulo, et d’appliquer une démarche de biologie structurale intégrative pour déterminer la structure à haute résolution de sous-complexes et comprendre leur assemblage, leur activité enzymatique et leur régulation. Afin de surmonter les défis propres à la résolution de structures de complexes transmembranaires potentiellement flexibles, nous développerons des outils visant à stabiliser certaines conformations favorables à ces complexes en solution.