Architecture du chromosome et expression génique chez les bactéries – CAGE

L'adaptation des bactéries aux changements environnementaux nécessite une réorganisation rapide de l’expression du génome. Cette réponse adaptative est médiée par des facteurs de transcription spécifiques, la topologie de l'ADN et des régulateurs globaux représentés par les protéines associées aux nucléoïdes (NAPs), qui contraignent le sur-enroulement de l’ADN et modulent la structure de la chromatine et la transcription de nombreux gènes. Par ailleurs, la topologie de l'ADN bactérien est sensible aux fluctuations environnementales et, avec les NAPs, module la distribution de la machinerie de transcription dans le génome. Le chromosome bactérien révélé comme une structure très compactée par microscopie électronique sur des cellules fixées n'a été reconnu comme une entité dynamique que dans les années 2000 grâce au développement de la microscopie à fluorescence. Si la dynamique du chromosome couplée aux processus de réplication/ségrégation de l'ADN est désormais bien comprise, la relation entre la dynamique du génome et son expression reste peu explorée.
Selon notre hypothèse, les changements environnementaux modifient la conformation du chromosome qui influence l'expression génique. Cette hypothèse sera testée chez les bactéries du genre Dickeya responsables de la pourriture molle sur une grande variété de végétaux d’intérêt économique dont la pomme de terre, le maïs et le riz. La virulence de ces bactéries est principalement liée à leur capacité à sécréter des enzymes dégradant les parois cellulaires des plantes. Pour envahir efficacement leur hôte, les Dickeya ont développé une coordination complexe entre l'expression des gènes de virulence et la réponse aux changements environnementaux. Cette coordination implique des domaines chromosomiques étendus de co-expression, qui émergent en réponse aux stress environnementaux rencontrés au cours de l’infection. L'activation ou la répression de ces domaines, qui abritent des gènes de virulence, est liée aux propriétés dynamiques du polymère d’ADN (sensibilité à la relaxation de l’ADN) et à leurs réponses aux NAPs. Ce projet vise à identifier les mécanismes impliqués dans la modulation de la structure du chromosome en réponse aux variations des conditions environnementales et la répercussion sur l’expression génique. L'étude sera développée (i) en établissant des corrélations entre transcriptomes et les données de structure du chromosome (carte de contacts chromosomique Hi-C et ChIP-seq) dans différentes conditions environnementales pertinentes pour la pathogenèse (ii) en évaluant l'impact des NAPs ainsi que des structures de transertion membranaire sur la dynamique des chromosomes et l'expression des gènes (iii) en intégrant les différents résultats, via des analyses computationnelles et des simulations, pour générer un modèle couplant les architectures chromosomiques à l'expression des gènes de virulence/adaptatifs de Dickeya. Les résultats de ce projet interdisciplinaire devraient permettre de mieux comprendre le rôle de la dynamique du chromosome dans l'expression génique ainsi que le rôle de la structure de l'ADN dans l'infection bactérienne, qui est un domaine de recherche très compétitif. L'importance des pertes de récoltes causées chaque année par les bactéries pectinolytiques (dont Dickeya spp.) est un bon argument pour réaliser ces études sur ces bactéries. À long terme, ces travaux devraient conduire au développement de technologies innovantes pour le contrôle des agents pathogènes des plantes et ainsi contribuer aux objectifs de développement durable tels que la réduction de la pauvreté et la sécurité alimentaire. Vu la nature fondamentale du projet CAGE, il est raisonnable d’imaginer que les applications qui en découleront pourront être pertinentes non seulement pour les pathogènes des plantes mais aussi pour les pathogènes d’animaux vu que ces deux grandes classes de pathogènes utilisent des stratégies similaires pour coordonner leurs programmes d‘infection.